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。

我这里的 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 控制器，作为 Pod 运行在kube-system 命名空间。

了解 Ingress 工作原理，有利于我们如何与运维人员打交道。

下面通过 Ingress-nginx 暴露 Kibana 服务：

---

apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1

kind: Ingress

metadata:

  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/v1beta1

kind: Ingress

metadata:

  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。

这就涉及到怎么从自定义日志的 LayoutRender。

下面为 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

    /// <summary>

    /// Represent a unique identifier to represent a request from the request HTTP header X-Request-Id.

    /// </summary>

    [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);

        }

    }

    /// <summary>

    /// Represent a http context layout renderer to access the current http context.

    /// </summary>

    public abstract class HttpContextLayoutRendererBase : LayoutRenderer

    {

        private IHttpContextAccessor _httpContextAccessor;

        /// <summary>

        /// Gets the <see cref="IHttpContextAccessor"/>.

        /// </summary>

        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<XRequestIdLayoutRender>("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。

总结

了解了Ingress在应用层工作，根据Host和Path暴露k8s服务
本文梳理了Ingress和常见的Ingress-nginx的关系
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