Kubernetes Gateway API 攻略：解锁集群流量服务新维度！

Kubernetes Gateway API 刚刚 GA，旨在改进将集群服务暴露给外部的过程。这其中包括一套更标准、更强大的 API资源，用于管理已暴露的服务。在这篇文章中，我将介绍 Gateway API 资源，并以 Istio 为例来展示这些资源是如何关联的。通过这个示例，你将了解 Gateway API 的各个组成部分如何配合以将流量传递到后端服务。

背 景

允许外部与 Kubernetes 集群内的服务通信是 administrator 需要执行的最基本任务之一。Service 在 IP 层面上提供的功能十分有限，且缺乏根据应用层数据（如 DNS 主机名或 HTTP 路径）路由流量的能力。因此 Kubernetes 提供了 Ingress API 来实现应用层路由。

然而，Ingress API 有一些限制。Ingress2gateway 的公告[1]清楚地列出了这些限制：

• Ingress 侧重于 HTTP 流量，因此用户需要找到其他解决方案来处理 UDP、TCP 或其他协议。

• Ingress 资源混合了基础架构和应用程序配置，让细粒度的基于角色的访问控制（RBAC）的实施变得较为困难。

第二点对于已经熟悉 Ingress 的用户来说是最明显的。在平台工程中提供强大的 RBAC 是集群管理的关键步骤。将基础设施组件（负载均衡器、配置等）的权限与流量路由规则的权限分开，能够让权限的边界更加清晰。

接下来我将介绍 Gateway API 如何划分这些资源，以及它们如何最终结合在一起来路由流量。

设置测试环境

本文使用运行 Istio 和一个示例工作负载的测试环境来检查和理解各种 Gateway API 资源。如果你也想上手尝试，可以复制这个环境。

我用的是 K3s，使用 Kubernetes 集群也是类似的操作。如果选择使用 K3s，则在安装时不要启用 Traefik：

$ curl -sfL https://get.k3s.io | INSTALL_K3S_EXEC="server --disable=traefik" sh -

首先，部署 Gateway API CRD（Custom Resource Definitions），并按照官方文档安装 Istio（https://istio.io/latest/docs/tasks/traffic-management/ingress/gateway-api/）：

# Install the CRDs
$ kubectl get crd gateways.gateway.networking.k8s.io &> /dev/null || \
  { kubectl kustomize "github.com/kubernetes-sigs/gateway-api/config/crd?ref=v0.8.0" | kubectl apply -f -; }
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/gatewayclasses.gateway.networking.k8s.io created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/gateways.gateway.networking.k8s.io created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/httproutes.gateway.networking.k8s.io created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/referencegrants.gateway.networking.k8s.io created

# Install Istio
$ istioctl install --set profile=minimal -y
 Istio core installed
 Istiod installed
 Installation complete
Made this installation the default for injection and validation.

接下来创建一个简单的工作负载，比如一个 Nginx deployment ，并通过 deservice 将其暴露：

# Deployment.yaml
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: nginx
  name: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - image: nginx:latest
        name: nginx
# Service.yaml
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    app: nginx
  name: nginx
  namespace: default
spec:
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    app: nginx
  type: ClusterIP

$ kubectl apply -f Deployment.yaml
deployment.apps/nginx created
$ kubectl apply -f Service.yaml
service/nginx created

以上就是你用来理解 Gateway API 所需的全部基础设施。

了解 Gateway API 资源

想要使用 Gateway API，有三种资源类型你需要明确了解：

• GatewayClass

• Gateway

• 路由资源，比如 HTTPRoute或GRPCRoute。GA 版本仅包含在 v1 通道中到 HTTPRoute。

这些资源在标准 Ingress API 或自定义提供商负载均衡器和路由工具提供的 CRD 中以各种方式组合在一起。通过将这些资源拆分为单独的组件，Gateway API 实现了关注点分离和强大的、细粒度的访问控制。

让我们逐个了解这些资源，以了解它们之间的关系。

了解 GatewayClass 资源

GatewayClass资源的作用与现有 Ingress API 中的 IngressClass相同，类似于 Storage API 中的 StorageClass。它定义了可以创建的 Gateway类别。通常，此资源由你的基础架构平台（如 EKS 或 GKE）提供。也可以由第三方的 Ingress Controller 提供，例如 Istio 或 Nginx。Istio 包含两个 GatewayClasses：

$ kubectl get gatewayclass
NAME           CONTROLLER                    ACCEPTED   AGE
istio-remote   istio.io/unmanaged-gateway    True       19h
istio          istio.io/gateway-controller   True       19h

spec字段提供了有关实现 GatewayClass功能的 controller 的信息，它定义了整个集群使用的控制器，而 GatewayClasses 是集群范围的资源，适用于所有命名空间。

$ kubectl get gatewayclass istio -o yaml
apiVersion: gateway.networking.k8s.io/v1beta1
kind: GatewayClass
metadata:
  creationTimestamp: "2023-10-30T02:15:11Z"
  generation: 1
  name: istio
  resourceVersion: "636"
  uid: dea0bb44-5f1b-4d23-8f7f-c34f70b4603c
spec:
  controllerName: istio.io/gateway-controller
  description: The default Istio GatewayClass
status:
  conditions:
  - lastTransitionTime: "2023-10-30T02:15:11Z"
    message: Handled by Istio controller
    observedGeneration: 1
    reason: Accepted
    status: "True"
    type: Accepted

GatewayClass还可以指定传递给控制器的参数。这样上游项目能够进一步定制向集群管理员公开的配置。也就是说， GatewayClass允许集群管理员专注于将其流量暴露给外部，而不必担心例如在底层基础设施上如何创建负载均衡器等实现细节。

创建 Gateway

Gateway 代表在基础设施提供商中实例化的负载均衡器服务。它可以是一个实际的云负载均衡器，用于处理流量。也可以代表现有负载均衡器中的虚拟配置。然后通过 GatewayClass 进行抽象。Cluster operator 专注于定义必要的 Gateway 资源，无需担心由 GatewayClass 处理的实现细节。

Gateway 在其规范中引用了一个 GatewayClass。下面的示例使用 istio 类，并定义了一个响应端口 8080 上 *.example.com 的 HTTP 请求的单个侦听器：

# Gateway.yaml
---
apiVersion: gateway.networking.k8s.io/v1beta1
kind: Gateway
metadata:
  name: tutorial-gw
  namespace: default
spec:
  gatewayClassName: istio
  listeners:
  - name: default
    hostname: "*.example.com"
    port: 8080
    protocol: HTTP
    allowedRoutes:
      namespaces:
        from: All

使用 Istio 在创建 Gateway 时还会相应配置Deployment和 Service 来处理流量。GatewayClass 的控制器负责为 Gateway 处理所需的基础设施或配置的设置：

$ kubectl get pods
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS        AGE
tutorial-gw-istio-65bfccf7c-45c4w   1/1     Running   2 (6m31s ago)   18h

$ kubectl get service
NAME                TYPE           CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP      PORT(S)                          AGE
tutorial-gw-istio   LoadBalancer   10.43.126.90   192.168.122.10   15021:31348/TCP,8080:31728/TCP   18h

这里需要注意的是 Gateway 中没有定义路由规则。Gateways 代表基础设施的配置,这种分离对于实现 RBAC 至关重要。访问控制模型允许 cluster operator 配置可用的Gateways ，让用户在其路由资源中引用，而无需暴露对基础设施配置本身的访问。

创建路由

现有的 Ingress API 仅支持 HTTP 和 HTTPS 服务，这是一个比较大的限制。

而新的 Gateway API 为各种入站流量类型提供通用支持。 HTTPRoute、TCPRoute 、 TLSRoute 、 GRPCRoute 等资源在特定 Gateway 上指定了实际的流量路由。Gateway API 的 GA 版本只在标准的 v1 通道中包含了 HTTPRoute资源，在未来的版本中将会有更多的协议支持。

HTTPRoute资源指定与用于暴露服务的 Gateway 的连接，以及一系列规则来将流量路由到适当的后端。下面的示例将 HTTPRoute附加到 tutorial-gw Gateway，并指定规则将所有流量路由到 nginx Service：

---
apiVersion: gateway.networking.k8s.io/v1beta1
kind: HTTPRoute
metadata:
  name: tutorial-route
  namespace: default
spec:
  parentRefs:
  - group: gateway.networking.k8s.io
    kind: Gateway
    name: tutorial-gw
  rules:
  - backendRefs:
    - group: ""
      kind: Service
      name: nginx
      port: 80
      weight: 1
    matches:
    - path:
        type: PathPrefix
        value: /

$ kubectl apply -f HTTPRoute.yaml
httproute.gateway.networking.k8s.io/tutorial-route created
$ kubectl get httproute
NAME             HOSTNAMES   AGE
tutorial-route               6s

综合以上

Gateway API 将许多传统上包含在单个资源定义中的资源拆分开来。要跟踪所有这些资源之间的连接可能有点困难，这里我将资源之间的关系图展示如下：

Gateway API 资源之间的关系

快速回顾

• GatewayClass 定义了可以部署的 Gateway 类型。通常由基础设施提供商提供。在本示例中，Istio 定义了GatewayClass 。

• Gateway 是负载均衡基础设施的实例化。这可以是在云环境中部署的实际负载均衡器，也可以是针对现有负载均衡器执行的一些配置。无论哪种方式，通过简单地引用所需的GatewayClass ，就能从 cluster administrator 中抽象出来。

• HTTPRoute（或任何其他支持的 Route 资源）定义了处理流量的实际规则。这些路由附加到特定的 Gateway，最终决定了流量的转发。

有了所有这些配置，就可以对服务进行测试请求。本示例Gateway 配置为侦听端口 8080 上 *.example.com 的 HTTP 请求，因此你的请求需要设置适当的 Host header 和端口：

$ curl -H "Host: www.example.com" 192.168.122.10:8080
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>

这样，你就使用新的网关 API 成功配置了第一组资源咯！

链接:

https://itnext.io/what-you-should-know-about-the-kubernetes-gateway-api-801d46b68ae2