学习 Kubernetes 基础知识

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调试 Service

对于新安装的 Kubernetes，经常出现的一个问题是 Service 没有正常工作。如果您已经运行了 Deployment 并创建了一个 Service，但是当您尝试访问它时没有得到响应，希望这份文档能帮助您找出问题所在。

约定

在整个文档中，您将看到各种可以运行的命令。有些命令需要在 Pod 中运行，有些命令需要在 Kubernetes Node 上运行，还有一些命令可以在您拥有 kubectl 和集群凭证的任何地方运行。为了明确预期的效果，本文档将使用以下约定。

如果命令 “COMMAND” 期望在 Pod 中运行，并且产生 “OUTPUT”：

u@pod$ COMMAND
OUTPUT

如果命令 “COMMAND” 期望在 Node 上运行，并且产生 “OUTPUT”：

u@node$ COMMAND
OUTPUT

如果命令是 “kubectl ARGS”：

$ kubectl ARGS
OUTPUT

在 pod 中运行命令

对于这里的许多步骤，您可能希望知道运行在集群中的 Pod 看起来是什么样的。最简单的方法是运行一个交互式的 busybox Pod：

$ kubectl run -it --rm --restart=Never busybox --image=busybox sh
如果你没有看到命令提示符，请尝试按 Enter 键。
/ #

如果您已经有了您喜欢使用的正在运行的 Pod，则可以运行一下命令去使用：

$ kubectl exec <POD-NAME> -c <CONTAINER-NAME> -- <COMMAND>

设置

为了完成本次演练的目的，我们先运行几个 Pod。因为可能正在调试您自己的 Service，所以，您可以使用自己的详细信息进行替换，或者，您也可以跟随并开始下面的步骤来获得第二个数据点。

$ kubectl run hostnames --image=k8s.gcr.io/serve_hostname \
                        --labels=app=hostnames \
                        --port=9376 \
                        --replicas=3
deployment.apps/hostnames created

kubectl 命令将打印创建或变更的资源的类型和名称，它们可以在后续命令中使用。

注意：

这与您使用以下 YAML 启动 Deployment 相同：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: hostnames
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: hostnames
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: hostnames
    spec:
      containers:
      - name: hostnames
        image: k8s.gcr.io/serve_hostname
        ports:
        - containerPort: 9376
          protocol: TCP

确认您的 Pods 是运行状态:

$ kubectl get pods -l app=hostnames
NAME                        READY     STATUS    RESTARTS   AGE
hostnames-632524106-bbpiw   1/1       Running   0          2m
hostnames-632524106-ly40y   1/1       Running   0          2m
hostnames-632524106-tlaok   1/1       Running   0          2m

Service 存在吗？

细心的读者会注意到我们还没有真正创建一个 Service - 其实这是我们有意的。这是一个有时会被遗忘的步骤，也是第一件要检查的事情。

那么，如果我试图访问一个不存在的 Service，会发生什么呢？假设您有另一个 Pod，想通过名称使用这个 Service，您将得到如下内容：

u@pod$ wget -O- hostnames
Resolving hostnames (hostnames)... failed: Name or service not known.
wget: unable to resolve host address 'hostnames'

因此，首先要检查的是 Service 是否确实存在：

$ kubectl get svc hostnames
No resources found.
Error from server (NotFound): services "hostnames" not found

我们已经有一个罪魁祸首了，让我们来创建 Service。就像前面一样，这里的内容仅仅是为了步骤的执行 - 在这里您可以使用自己的 Service 细节。

$ kubectl expose deployment hostnames --port=80 --target-port=9376
service/hostnames exposed

再查询一遍，确定一下：

$ kubectl get svc hostnames
NAME        TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
hostnames   ClusterIP   10.0.1.175   <none>        80/TCP    5s

与前面相同，这与您使用 YAML 启动的 Service 一样：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: hostnames
spec:
  selector:
    app: hostnames
  ports:
  - name: default
    protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 9376

现在您可以确认 Service 存在。

Service 是否通过 DNS 工作？

从相同 Namespace 下的 Pod 中运行：

u@pod$ nslookup hostnames
Address 1: 10.0.0.10 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local

Name:      hostnames
Address 1: 10.0.1.175 hostnames.default.svc.cluster.local

如果失败，那么您的 Pod 和 Service 可能位于不同的 Namespace 中，请尝试使用限定命名空间的名称：

u@pod$ nslookup hostnames.default
Address 1: 10.0.0.10 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local

Name:      hostnames.default
Address 1: 10.0.1.175 hostnames.default.svc.cluster.local

如果成功，那么需要调整您的应用，使用跨命名空间的名称去访问服务，或者，在相同的 Namespace 中运行应用和 Service。如果仍然失败，请尝试一个完全限定的名称：

u@pod$ nslookup hostnames.default.svc.cluster.local
Address 1: 10.0.0.10 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local

Name:      hostnames.default.svc.cluster.local
Address 1: 10.0.1.175 hostnames.default.svc.cluster.local

注意这里的后缀：”default.svc.cluster.local”。”default” 是我们正在操作的 Namespace。”svc” 表示这是一个 Service。”cluster.local” 是您的集群域，在您自己的集群中可能会有所不同。

您也可以在集群中的 Node 上尝试此操作：

注意： 10.0.0.10 是我的 DNS Service，您的可能不同）.
u@node$ nslookup hostnames.default.svc.cluster.local 10.0.0.10
Server:         10.0.0.10
Address:        10.0.0.10#53

Name:   hostnames.default.svc.cluster.local
Address: 10.0.1.175

如果您能够使用完全限定的名称查找，但不能使用相对名称，则需要检查 /etc/resolv.conf 文件是否正确。

u@pod$ cat /etc/resolv.conf
nameserver 10.0.0.10
search default.svc.cluster.local svc.cluster.local cluster.local example.com
options ndots:5

nameserver 行必须指示您的集群的 DNS Service，它通过 --cluster-dns 标志传递到 kubelet。

search 行必须包含一个适当的后缀，以便查找 Service 名称。在本例中，它在本地 Namespace（default.svc.cluster.local）、所有 Namespace 中的 Service（svc.cluster.local）以及集群（cluster.local）中查找服务。 根据您自己的安装情况，可能会有额外的记录（最多 6 条）。集群后缀通过 --cluster-domain 标志传递给 kubelet。 本文档中，我们假定它是 “cluster.local”，但是您的可能不同，这种情况下，您应该在上面的所有命令中更改它。

options 行必须设置足够高的 ndots，以便 DNS 客户端库考虑搜索路径。在默认情况下，Kubernetes 将这个值设置为 5，这个值足够高，足以覆盖它生成的所有 DNS 名称。

DNS 中是否存在任何服务？

如果上面仍然失败 - DNS 查找不到您需要的 Service - 我们可以后退一步，看看还有什么不起作用。Kubernetes 主 Service 应该一直是工作的：

u@pod$ nslookup kubernetes.default
Server:    10.0.0.10
Address 1: 10.0.0.10 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local

Name:      kubernetes.default
Address 1: 10.0.0.1 kubernetes.default.svc.cluster.local

如果失败，您可能需要转到这个文档的 kube-proxy 部分，或者甚至回到文档的顶部重新开始，但不是调试您自己的 Service，而是调试 DNS。

Service 能够通过 IP 访问么？

假设我们可以确认 DNS 工作正常，那么接下来要测试的是您的 Service 是否工作正常。从集群中的一个节点，访问 Service 的 IP（从上面的 kubectl get 命令获取）。

u@node$ curl 10.0.1.175:80
hostnames-0uton

u@node$ curl 10.0.1.175:80
hostnames-yp2kp

u@node$ curl 10.0.1.175:80
hostnames-bvc05

如果 Service 是正常的，您应该得到正确的响应。如果没有，有很多可能出错的地方，请继续。

Service 是对的吗？

这听起来可能很愚蠢，但您应该加倍甚至三倍检查您的 Service 是否正确，并且与您的 Pod 匹配。查看您的 Service 并验证它：

$ kubectl get service hostnames -o json
{
    "kind": "Service",
    "apiVersion": "v1",
    "metadata": {
        "name": "hostnames",
        "namespace": "default",
        "selfLink": "/api/v1/namespaces/default/services/hostnames",
        "uid": "428c8b6c-24bc-11e5-936d-42010af0a9bc",
        "resourceVersion": "347189",
        "creationTimestamp": "2015-07-07T15:24:29Z",
        "labels": {
            "app": "hostnames"
        }
    },
    "spec": {
        "ports": [
            {
                "name": "default",
                "protocol": "TCP",
                "port": 80,
                "targetPort": 9376,
                "nodePort": 0
            }
        ],
        "selector": {
            "app": "hostnames"
        },
        "clusterIP": "10.0.1.175",
        "type": "ClusterIP",
        "sessionAffinity": "None"
    },
    "status": {
        "loadBalancer": {}
    }
}

spec.ports[] 中描述的是您想要尝试访问的端口吗？targetPort 对您的 Pod 来说正确吗（许多 Pod 选择使用与 Service 不同的端口）？如果您想把它变成一个数字端口，那么它是一个数字（9376）还是字符串 “9376”？如果您想把它当作一个指定的端口，那么您的 Pod 是否公开了一个同名端口？端口的 protocol 和 Pod 的一样吗？

Service 有端点吗？

如果您已经走到了这一步，我们假设您已经确认您的 Service 存在，并能通过 DNS 解析。现在，让我们检查一下，您运行的 Pod 确实是由 Service 选择的。

早些时候，我们已经看到 Pod 是运行状态。我们可以再检查一下：

$ kubectl get pods -l app=hostnames
NAME              READY     STATUS    RESTARTS   AGE
hostnames-0uton   1/1       Running   0          1h
hostnames-bvc05   1/1       Running   0          1h
hostnames-yp2kp   1/1       Running   0          1h

“AGE” 列表明这些 Pod 已经启动一个小时了，这意味着它们运行良好，而不是崩溃。

-l app=hostnames 参数是一个标签选择器 - 就像我们的 Service 一样。在 Kubernetes 系统中有一个控制循环，它评估每个 Service 的选择器，并将结果保存到 Endpoints 对象中。

$ kubectl get endpoints hostnames
NAME        ENDPOINTS
hostnames   10.244.0.5:9376,10.244.0.6:9376,10.244.0.7:9376

这证实 endpoints 控制器已经为您的 Service 找到了正确的 Pods。如果 hostnames 行为空，则应检查 Service 的 spec.selector 字段，以及您实际想选择的 Pods 的 metadata.labels 的值。常见的错误是输入错误或其他错误，例如 Service 想选择 run=hostnames，但是 Deployment 指定的是 app=hostnames。

Pod 正常工作吗？

到了这步，我们知道您的 Service 存在并选择了您的 Pods。让我们检查一下 Pod 是否真的在工作 - 我们可以绕过 Service 机制，直接进入 Pod。

注意： 这些命令使用的是 Pod 端口（9376），而不是 Service 端口（80）。
u@pod$ wget -qO- 10.244.0.5:9376
hostnames-0uton

pod $ wget -qO- 10.244.0.6:9376
hostnames-bvc05

u@pod$ wget -qO- 10.244.0.7:9376
hostnames-yp2kp

我们期望的是 Endpoints 列表中的每个 Pod 返回自己的主机名。如果这没有发生（或者您自己的 Pod 的正确行为没有发生），您应该调查发生了什么。您会发现 kubectl logs 这个时候非常有用，或者使用 kubectl exec 直接进入到您的 Pod，并从那里检查服务。

另一件要检查的事情是，您的 Pod 没有崩溃或正在重新启动。频繁的重新启动可能会导致断断续续的连接问题。

$ kubectl get pods -l app=hostnames
NAME                        READY     STATUS    RESTARTS   AGE
hostnames-632524106-bbpiw   1/1       Running   0          2m
hostnames-632524106-ly40y   1/1       Running   0          2m
hostnames-632524106-tlaok   1/1       Running   0          2m

如果重新启动计数很高，请查阅有关如何调试 pods 获取更多信息。

kube-proxy 正常工作吗？

如果您到了这里，那么您的 Service 正在运行，也有 Endpoints，而您的 Pod 实际上也正在服务。在这一点上，整个 Service 代理机制是否正常就是可疑的了。我们来确认一下，一部分一部分来。

kube-proxy 在运行吗？

确认 kube-proxy 正在您的 Nodes 上运行。您应该得到如下内容：

u@node$ ps auxw | grep kube-proxy
root  4194  0.4  0.1 101864 17696 ?    Sl Jul04  25:43 /usr/local/bin/kube-proxy --master=https://kubernetes-master --kubeconfig=/var/lib/kube-proxy/kubeconfig --v=2

下一步，确认它并没有出现明显的失败，比如连接主节点失败。要做到这一点，您必须查看日志。访问日志取决于您的 Node 操作系统。在某些操作系统是一个文件，如 /var/log/messages kube-proxy.log，而其他操作系统使用 journalctl 访问日志。您应该看到类似的东西：

I1027 22:14:53.995134    5063 server.go:200] Running in resource-only container "/kube-proxy"
I1027 22:14:53.998163    5063 server.go:247] Using iptables Proxier.
I1027 22:14:53.999055    5063 server.go:255] Tearing down userspace rules. Errors here are acceptable.
I1027 22:14:54.038140    5063 proxier.go:352] Setting endpoints for "kube-system/kube-dns:dns-tcp" to [10.244.1.3:53]
I1027 22:14:54.038164    5063 proxier.go:352] Setting endpoints for "kube-system/kube-dns:dns" to [10.244.1.3:53]
I1027 22:14:54.038209    5063 proxier.go:352] Setting endpoints for "default/kubernetes:https" to [10.240.0.2:443]
I1027 22:14:54.038238    5063 proxier.go:429] Not syncing iptables until Services and Endpoints have been received from master
I1027 22:14:54.040048    5063 proxier.go:294] Adding new service "default/kubernetes:https" at 10.0.0.1:443/TCP
I1027 22:14:54.040154    5063 proxier.go:294] Adding new service "kube-system/kube-dns:dns" at 10.0.0.10:53/UDP
I1027 22:14:54.040223    5063 proxier.go:294] Adding new service "kube-system/kube-dns:dns-tcp" at 10.0.0.10:53/TCP

如果您看到有关无法连接主节点的错误消息，则应再次检查节点配置和安装步骤。

kube-proxy 无法正确运行的可能原因之一是找不到所需的 conntrack 二进制文件。在一些 Linux 系统上，这也是可能发生的，这取决于您如何安装集群，例如，您正在从头开始安装 Kubernetes。如果是这样的话，您需要手动安装 conntrack 包（例如，在 Ubuntu 上使用 sudo apt install conntrack），然后重试。

kube-proxy 是否在写 iptables 规则？

kube-proxy 的主要职责之一是写实现 Services 的 iptables 规则。让我们检查一下这些规则是否已经被写好了。

kube-proxy 可以在 “userspace” 模式、 “iptables” 模式或者 “ipvs” 模式下运行。 希望您正在使用 “iptables” 模式或者 “ipvs” 模式。您应该看到以下情况之一。

Userpace

u@node$ iptables-save | grep hostnames
-A KUBE-PORTALS-CONTAINER -d 10.0.1.175/32 -p tcp -m comment --comment "default/hostnames:default" -m tcp --dport 80 -j REDIRECT --to-ports 48577
-A KUBE-PORTALS-HOST -d 10.0.1.175/32 -p tcp -m comment --comment "default/hostnames:default" -m tcp --dport 80 -j DNAT --to-destination 10.240.115.247:48577

您的 Service 上的每个端口应该有两个规则（本例中只有一个）- “KUBE-PORTALS-CONTAINER” 和 “KUBE-PORTALS-HOST”。如果您没有看到这些，请尝试将 -V 标志设置为 4 之后重新启动 kube-proxy，然后再次查看日志。

几乎没有人应该再使用 “userspace” 模式了，所以我们不会在这里花费更多的时间。

Iptables

u@node$ iptables-save | grep hostnames
-A KUBE-SEP-57KPRZ3JQVENLNBR -s 10.244.3.6/32 -m comment --comment "default/hostnames:" -j MARK --set-xmark 0x00004000/0x00004000
-A KUBE-SEP-57KPRZ3JQVENLNBR -p tcp -m comment --comment "default/hostnames:" -m tcp -j DNAT --to-destination 10.244.3.6:9376
-A KUBE-SEP-WNBA2IHDGP2BOBGZ -s 10.244.1.7/32 -m comment --comment "default/hostnames:" -j MARK --set-xmark 0x00004000/0x00004000
-A KUBE-SEP-WNBA2IHDGP2BOBGZ -p tcp -m comment --comment "default/hostnames:" -m tcp -j DNAT --to-destination 10.244.1.7:9376
-A KUBE-SEP-X3P2623AGDH6CDF3 -s 10.244.2.3/32 -m comment --comment "default/hostnames:" -j MARK --set-xmark 0x00004000/0x00004000
-A KUBE-SEP-X3P2623AGDH6CDF3 -p tcp -m comment --comment "default/hostnames:" -m tcp -j DNAT --to-destination 10.244.2.3:9376
-A KUBE-SERVICES -d 10.0.1.175/32 -p tcp -m comment --comment "default/hostnames: cluster IP" -m tcp --dport 80 -j KUBE-SVC-NWV5X2332I4OT4T3
-A KUBE-SVC-NWV5X2332I4OT4T3 -m comment --comment "default/hostnames:" -m statistic --mode random --probability 0.33332999982 -j KUBE-SEP-WNBA2IHDGP2BOBGZ
-A KUBE-SVC-NWV5X2332I4OT4T3 -m comment --comment "default/hostnames:" -m statistic --mode random --probability 0.50000000000 -j KUBE-SEP-X3P2623AGDH6CDF3
-A KUBE-SVC-NWV5X2332I4OT4T3 -m comment --comment "default/hostnames:" -j KUBE-SEP-57KPRZ3JQVENLNBR

KUBE-SERVICES 中应该有 1 条规则，KUBE-SVC-(hash) 中每个端点有 1 或 2 条规则（取决于 SessionAffinity），每个端点中应有 1 条 KUBE-SEP-(hash) 链。准确的规则将根据您的确切配置（包括节点、端口组合以及负载均衡器设置）而有所不同。

IPVS

u@node$ ipvsadm -ln
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
...
TCP  10.0.1.175:80 rr
  -> 10.244.0.5:9376               Masq    1      0          0
  -> 10.244.0.6:9376               Masq    1      0          0
  -> 10.244.0.7:9376               Masq    1      0          0
...

IPVS 代理将为每个服务器地址（例如集群 IP、外部 IP、节点端口 IP、负载均衡 IP等）创建虚拟服务器，并为服务的端点创建一些相应的真实服务器（如果有）。在这个例子中，服务器主机名（10.0.1.175:80）有 3 个端点(10.244.0.5:9376, 10.244.0.6:9376, 10.244.0.7:9376)，你会得到类似上面的结果。

kube-proxy 在执行代理操作么？

假设您确实看到了上述规则，请再次尝试通过 IP 访问您的 Service：

u@node$ curl 10.0.1.175:80
hostnames-0uton

如果失败了，并且您正在使用 userspace 代理，您可以尝试直接访问代理。如果您使用的是 iptables 代理，请跳过本节。

回顾上面的 iptables-save 输出，并提取 kube-proxy 用于您的 Service 的端口号。在上面的例子中，它是 “48577”。现在连接到它：

u@node$ curl localhost:48577
hostnames-yp2kp

如果仍然失败，请查看 kube-proxy 日志中的特定行，如：

Setting endpoints for default/hostnames:default to [10.244.0.5:9376 10.244.0.6:9376 10.244.0.7:9376]

如果您没有看到这些，请尝试将 -V 标志设置为 4 并重新启动 kube-proxy，然后再查看日志。

Pod 无法通过 Service IP 访问自己

如果网络没有为“发夹模式”流量生成正确配置，通常当 kube-proxy 以 iptables 模式运行，并且 Pod 与桥接网络连接时，就会发生这种情况。Kubelet 公开了一个 hairpin-mode 标志，如果 pod 试图访问它们自己的 Service VIP，就可以让 Service 的端点重新负载到他们自己身上。hairpin-mode 标志必须设置为 hairpin-veth 或者 promiscuous-bridge。

解决这一问题的常见步骤如下：

  • 确认 hairpin-mode 被设置为 hairpin-veth 或者 promiscuous-bridge。您应该看到下面这样的内容。在下面的示例中，hairpin-mode 被设置为 promiscuous-bridge。

    u@node$ ps auxw|grep kubelet
root      3392  1.1  0.8 186804 65208 ?        Sl   00:51  11:11 /usr/local/bin/kubelet --enable-debugging-handlers=true --config=/etc/kubernetes/manifests --allow-privileged=True --v=4 --cluster-dns=10.0.0.10 --cluster-domain=cluster.local --configure-cbr0=true --cgroup-root=/ --system-cgroups=/system --hairpin-mode=promiscuous-bridge --runtime-cgroups=/docker-daemon --kubelet-cgroups=/kubelet --babysit-daemons=true --max-pods=110 --serialize-image-pulls=false --outofdisk-transition-frequency=0

  • 确认有效的 hairpin-mode。要做到这一点，您必须查看 kubelet 日志。访问日志取决于节点的操作系统。在一些操作系统上，它是一个文件，如 /var/log/kubelet.log，而其他操作系统则使用 journalctl 访问日志。请注意，由于兼容性，有效的 hairpin-mode 可能不匹配 --hairpin-mode 标志。在 kubelet.log 中检查是否有带有关键字 hairpin 的日志行。应该有日志行指示有效的 hairpin-mode，比如下面的内容。

    I0629 00:51:43.648698    3252 kubelet.go:380] Hairpin mode set to "promiscuous-bridge"

  • 如果有效的发夹模式是 hairpin-veth，请确保 Kubelet 具有在节点上的 /sys 中操作的权限。如果一切正常工作，您应该看到如下内容：

    for intf in /sys/devices/virtual/net/cbr0/brif/*; do cat $intf/hairpin_mode; done
1
1
1
1

  • 如果有效的发夹模式是 promiscuous-bridge，则请确保 Kubelet 拥有在节点上操纵 Linux 网桥的权限。如果正确使用和配置了 cbr0 网桥，您应该看到：

    u@node$ ifconfig cbr0 |grep PROMISC
UP BROADCAST RUNNING PROMISC MULTICAST  MTU:1460  Metric:1

  • 如果上述任何一项都没有效果，请寻求帮助。

寻求帮助

如果您走到这一步，那么就真的是奇怪的事情发生了。您的 Service 正在运行，有 Endpoints，您的 Pods 也确实在服务中。您的 DNS 正常，iptables 规则已经安装，kube-proxy 看起来也正常。然而 Service 不起作用。这种情况下，您应该让我们知道，这样我们可以帮助调查！

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