Ingress-nginx工作原理和实践

本文记录/分享目前项目的 K8s 部署结构和请求追踪改造方案

这个图算是一个通用的前后端分离的 k8s 部署结构:
Nginx Ingress 负责暴露服务(nginx前端静态资源服务)，根据十二要素应用的原则，将后端 api 作为 nginx 服务的附加动态资源。

Ingress vs Ingress-nginx

Ingress 是一种向 k8s 集群外部的客户端公开服务的方法， Ingress 在网络协议栈的应用层工作,
根据请求的主机名 host 和路径 path 决定请求转发到的服务。

在应用Ingress 对象提供的功能之前，必须强调集群中存在Ingress Controller， Ingress资源才能正常工作。

我这里web项目使用的是常见的Ingress-nginx (官方还有其他用途的 Ingress)，Ingress-nginx 是使用nginx 作为反向代理和负载均衡器的 K8s Ingress Controller，作为Pod运行在kube-system 命名空间。

了解 Ingress 工作原理，有利于我们与运维人员打交道。

下面通过 Ingress-nginx 暴露 Kibana 服务：

---apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1kind: Ingressmetadata:  name: kibana  labels:    app:


    
 kibana  annotations:    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-connect-timeout: "30"    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-read-timeout: "1800"    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-send-timeout: "1800"    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-body-size: "8m"    nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: "true"


    
spec:  tls:    - hosts:      - 'https://logging.internal.gridsum.com/'      secretName: tls-cert  rules:    - host: 'https://logging.internal.gridsum.com'      http:        paths:          - path: /            backend:              serviceName: kibana              servicePort: 5601

☹️ Ingress-nginx 中最让我困惑的是它的Paths分流与rewrite-target注解。

•Paths 分流一般用于根据特定的 Path，将请求转发到特定的后端服务 Pod，后端服务 Pod 能接收到 Path 这个信息。一般后端服务是作为 api。•rewrite-target 将请求重定向到后端服务，那有什么用处呢？

答：以上面暴露的 kibana 为例，我们已经可以在https://logging.internal.gridsum.com/ 访问完整的 Kibana，如果我想利用这个域名暴露 ElasticSearch 站点，怎么操作？这时就可以利用rewrite-target，




    
---apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1kind: Ingressmetadata:  name: elasticsearch  labels:    app: kibana  annotations:    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-connect-timeout: "30"    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-read-timeout: "1800"    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-send-timeout


    
: "1800"    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-body-size: "8m"    nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: "true"    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: "/$2"spec:  tls:    - hosts:      - 'logging.internal.gridsum.com'      secretName: tls-cert  rules:    - host: 'logging.internal.gridsum.com'      http:        paths:          - path: /es(/|$)(.*)            backend:              serviceName: elasticsearch


    
              servicePort: 9200

在此 Ingress 定义中，由(.*)捕获的所有字符都将分配给占位符$2，然后将其用作重写目标注解中的参数。这样的话：https://logging.internal.gridsum.com/es 将会重定向到后端 elasticsearch 站点，并且忽略了 es 这个 path

Ingress-nginx 到 webapp 的日志追踪

熟悉我的朋友知道，我写了《一套标准的ASP.NET Core容器化应用日志收集分析方案》，这里面主要是 BackEnd App 的日志，从我上面的结构图看，

Ingress-nginx----> Nginx FrontEnd App--->BackEnd App 需要一个串联的追踪 Id，便于观察运维网络和业务应用。

幸好 Ingress-nginx， Nginx 强大的配置能力帮助我们做了很多事情：

•客户端请求到达 Ingress-Nginx Controllerr，Ingress-Nginx Controller 会自动添加一个X-Request-ID的请求 Header (随机值）---- 这个配置是默认的•请求达到 Nginx FrontEnd App， Nginx 有默认配置proxy_pass_request_headers on;，自动将请求头都传递到上游的 Backend App

这样跨越整个结构图的 request_id 思路已经清楚了，最后一步只需要我们在 Backend App 中提取请求中携带的X-Request-ID，并作为日志的关键输出字段。

☺️ 这就涉及到怎么自定义日志的LayoutRender。

下面为Asp.NETCore NLog 自定义名为x_request_id的 Render，该 Render 从请求的 X-Request-ID 标头中提取值。

① 定义 NLog Render

    ///     /// Represent a unique identifier to represent a request from the request HTTP header X-Request-Id.    ///     [LayoutRenderer("x_request_id")]


    
    public class XRequestIdLayoutRender : HttpContextLayoutRendererBase    {        protected override void Append(StringBuilder builder, LogEventInfo logEvent)        {            var identityName = HttpContextAccessor.HttpContext?.Request?.Headers?["X-Request-Id"].FirstOrDefault();            builder.Append(identityName);        }    }    ///     /// Represent a http context layout renderer to access the current http context.    ///     public abstract class HttpContextLayoutRendererBase : LayoutRenderer    


    
{        private IHttpContextAccessor _httpContextAccessor;        ///         /// Gets the .        ///         protected IHttpContextAccessor HttpContextAccessor { get { return _httpContextAccessor ?? (_httpContextAccessor = ServiceLocator.ServiceProvider.GetService<IHttpContextAccessor>()); } }    }    internal sealed class ServiceLocator    {        public static IServiceProvider ServiceProvider { get; set; }    }

② 从请求中获取 X-Request-Id 依赖 IHttpContextAccessor 组件
这里使用依赖查找的方式获取该组件，故请在Startup ConfigureService 中生成服务

 public void ConfigureServices(IServiceCollection services) {     // ......     ServiceLocator.ServiceProvider = services.BuildServiceProvider(); }

③ 最后在 Program 中注册这个NLog Render：

 public static void Main(string[] args){     LayoutRenderer.Register("x_request_id");     CreateHostBuilder(args).Build().Run();}

这样从 Ingress-Nginx 产生的request_id，将会流转到 Backend App，并在日志分析中起到巨大作用，也便于划清运维/开发的故障责任。

•https://kubernetes.github.io/ingress-nginx/user-guide/nginx-configuration/configmap/#generate-request-id• http://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_proxy_module.html#proxy_pass_request_headers

总结

1.了解了Ingress在应用层工作，根据Host和Path暴露k8s服务。2.本文梳理了Ingress和常见的Ingress-nginx的关系。3.对于应用了Ingress的应用，梳理了从Ingress-nginx到WebApp的日志追踪id，便于排查网络/业务故障。