【k8s、docker】Headless Service（无头服务）

问题背景

zookeeper ClusterIP None 这中svc作用是什么，为什么没有cluster ip

1、什么是Headless Service

在 Kubernetes 中，ClusterIP 类型的 Service 被设置为 None（即 ClusterIP: None）时，表示这是一个 Headless Service（无头服务）。这种设计有特定的用途和行为模式：
Headless Service 的核心作用：

1. 直接访问 Pod IP，跳过 Service 代理

   • 普通 Service：会分配一个虚拟 ClusterIP，流量通过 kube-proxy 负载均衡到后端 Pod。

   • Headless Service：没有 ClusterIP，DNS 查询直接返回所有后端 Pod 的 IP 地址（而非 Service 的虚拟 IP）。

2. 适用场景

• 有状态应用（如 Zookeeper、Kafka、MongoDB）：需要直接访问特定 Pod（如通过 Pod 域名）。

• 自定义服务发现：应用需要自行处理负载均衡或直接连接 Pod。

• StatefulSet 配套使用：StatefulSet 的 Pod 具有稳定的域名（如 pod-name.svc-name.namespace.svc.cluster.local）。

1.2 为什么 Zookeeper 使用 Headless Service？

简单来说，当一个pod 是sts类型，每个副本的名称，都是固定的(固定名称是前提，不像deployment生成的pod都会带随机字符串 )，如 zk-0、zk-1，此时需要无头服务，被访问时，都是指定访问，不能直接负载均衡随机调度。

Zookeeper 是一个有状态分布式协调服务，它的典型配置需求：

支持应用层的负载均衡或服务发现：

• 客户端应用（或应用内置的逻辑）可以获取到所有后端 Pod 的 IP 列表，然后自己决定如何连接（例如，轮询、根据角色选择 leader 等）。
• 对于像 ZooKeeper 这样的集群，成员之间需要互相知道彼此的地址来形成集群，Headless Service 提供了完美的解决方案。

支持直接的 Pod-to-Pod 通信：

• 当你需要直接连接到某个特定的 Pod 实例时（比如访问主节点进行写操作，或进行健康检查），可以通过其唯一的 DNS 名称直接访问。：StatefulSet + Headless Service 能为每个 Pod 提供固定域名。

1.2 Headless Service 的 DNS 行为

对于 Service zookeeper：

• 普通查询（非 Headless）：

  nslookup zookeeper.mano-2.svc.cluster.local
  

  返回一个虚拟 ClusterIP。

• Headless 查询：

  nslookup zookeeper.mano-2.svc.cluster.local
  

  返回所有后端 Pod 的 IP 地址（例如）：

  Name:   zookeeper.mano-2.svc.cluster.local
  Address: 10.244.1.10  # zk-0 的 IP
  Address: 10.244.2.20  # zk-1 的 IP
  Address: 10.244.3.30  # zk-2 的 IP
  

如果您的 ZooKeeper StatefulSet 有 3 个副本，名为 zk-0, zk-1, zk-2，那么 DNS 会解析：

• zookeeper.default.svc.cluster.local -> 返回 zk-0, zk-1, zk-2 的 IP 地址列表（A 记录）。
• zk-0.zookeeper.default.svc.cluster.local -> 返回 zk-0 Pod 的 IP 地址。
• zk-1.zookeeper.default.svc.cluster.local -> 返回 zk-1 Pod 的 IP 地址。
• zk-2.zookeeper.default.svc.cluster.local -> 返回 zk-2 Pod 的 IP 地址。

1.3 验证示例

1、查看 Service 定义

kubectl get svc zookeeper -o yaml
输出关键字段：

spec:
  clusterIP: None  # 明确标记为 Headless
  ports:
  - port: 2181
    targetPort: 2181
  selector:
    app: zookeeper

2、通过 DNS 直接访问 Pod
每个 StatefulSet 的 Pod 会获得独立域名：

# 查询单个 Pod 的 DNS
nslookup zk-0.zookeeper.mano-2.svc.cluster.local

# 客户端连接示例（Zookeeper 客户端）
zkCli.sh -server zk-0.zookeeper:2181,zk-1.zookeeper:2181,zk-2.zookeeper:2181

与普通 Service 的对比：

1.4 如何创建 Headless Service？

Headless 示例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: zookeeper
  namespace: default
spec:
  clusterIP: None # 这是关键，指定为 None
  ports:
  - port: 2181
    name: client
  - port: 2888
    name: server
  - port: 3888
    name: leader-election
  selector:
    app: zookeeper # 选择后端 Pod 的标签
  # 注意：Headless Service 通常不指定 type，默认就是 ClusterIP

• clusterIP: None：这不是“不想要 IP”，而是明确地、主动地要求创建一个 Headless Service（无头服务）。它告诉 Kubernetes：“我不要你为这个服务分配一个虚拟的 ClusterIP，我要直接访问后端的 Pod”。
• 自动分配 ClusterIP：这是 Kubernetes Service 的默认行为。你不需要做任何特殊配置来“开启”自动分配。

有头示例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-web-service
spec:
  # 注意：这里完全不写 clusterIP 字段
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 8080
      protocol: TCP
      name: http
  selector:
    app: my-web-app
  # type: ClusterIP # type 字段也可以省略，默认就是 ClusterIP

当你创建这个 Service 时，Kubernetes 会：

• 自动从集群的 Service IP 池（由 --service-cluster-ip-range 参数定义）中选择一个可用的 IP 地址。
• 将这个 IP 地址分配给该 Service。
• 你可以在 kubectl get svc 的输出中看到这个分配的 IP（不再是 None）。

2. zk-0.zookeeper.default.svc.cluster.local 域名是如何创建出来的？ 是无头服务自动映射的吗

是的，zk-0.zookeeper.default.svc.cluster.local 这个域名是由 Kubernetes 的 Headless Service（无头服务）机制自动创建的，其核心原理依赖于 Kubernetes DNS 系统（如 CoreDNS）的自动服务发现功能。

下面简述其工作原理：

1、 前提条件：Headless Service + StatefulSet
这个域名的自动生成，通常发生在以下组合中：

• 一个 Headless Service：clusterIP: None
• 一个 StatefulSet：管理有状态应用的 Pod，如 zk-0, zk-1, zk-2

2、DNS 自动映射原理
当满足上述条件时，Kubernetes DNS 组件（如 CoreDNS）会根据以下规则自动为每个 Pod 生成稳定的 DNS 记录：

规则一：Pod 主机名 DNS 记录
对于每一个由 StatefulSet 创建的 Pod（如 zk-0），DNS 会生成一条 A 记录：

<pod-name>.<service-name>.<namespace>.svc.cluster.local  -->  <pod-ip>

在你的例子中：

pod-name = zk-0
service-name = zookeeper
namespace = default
cluster.local = 集群默认域名