如何在 K8s 中配置 Headless Service 来实现分布式集群的成员发现

在 Kubernetes (K8s) 中，标准的 Service (如 ClusterIP 或 NodePort) 通常用于在 Pod 集合前提供一个稳定的、负载均衡的虚拟 IP。然而，对于需要感知集群内所有成员状态的分布式有状态应用（如 Cassandra, ZooKeeper, 或etcd），这种虚拟IP模型是不适用的。这些应用需要能够发现集群中所有独立的 Pod 实例的 IP 地址。

Headless Service 就是为解决这个问题而设计的。通过将 Service 的 clusterIP 字段设置为 None，K8s 不会分配一个 Cluster IP，也不会执行负载均衡。相反，它会配置 DNS 服务器，使得查询该 Service 时，返回所有关联 Pod 的 IP 地址列表。

关键概念：Headless Service vs Standard Service

操作步骤：配置 Headless Service

我们将创建一个简单的 Deployment 和一个 Headless Service 来演示成员发现。

步骤 1: 部署目标应用 (Deployment)

首先，定义一个简单的 Deployment，我们希望通过 Service 发现其所有副本。

创建 app-deployment.yaml:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: discovery-app
  labels:
    app: member-discovery
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: member-discovery
  template:
    metadata:
      labels:
        app: member-discovery
    spec:
      containers:
      - name: busybox-container
        image: busybox
        command: ["sh", "-c", "echo 'Running member' && sleep 3600"]

执行部署：

kubectl apply -f app-deployment.yaml
kubectl get pods
# 确认有三个 Pod 在运行

步骤 2: 定义 Headless Service

关键在于设置 clusterIP: None，并将 selector 指向我们的 Pod。

创建 headless-service.yaml:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: member-service
  labels:
    app: member-discovery
spec:
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    app: member-discovery
  # 关键配置：设置 clusterIP 为 None
  clusterIP: None

执行 Service 创建：

kubectl apply -f headless-service.yaml
kubectl get svc member-service
# 确认 CLUSTER-IP 字段显示为 <None>

步骤 3: 验证成员发现 (DNS 查询)

现在，我们从集群内部运行一个临时的 Pod 来执行 DNS 查询，验证 Headless Service 是否返回了所有后端 Pod 的 IP 地址。

使用 nslookup 查询 Service 的 FQDN (Fully Qualified Domain Name)：servicename.namespace.svc.cluster.local。

# 临时启动一个 busybox 容器并执行 nslookup
kubectl run -it --rm --restart=Never dns-test --image=busybox -- sh

# 在容器内部执行查询 (假设命名空间为 default)
/ # nslookup member-service.default.svc.cluster.local

# 预期的输出结果将包含所有三个 Pod 的独立 IP 地址：
Server:    10.96.0.10
Address 1: 10.96.0.10#53

Name:      member-service.default.svc.cluster.local
Address 1: 10.244.0.15 # Pod 1 IP
Address 2: 10.244.0.16 # Pod 2 IP
Address 3: 10.244.0.17 # Pod 3 IP

# 退出容器
/ # exit

总结

通过配置 clusterIP: None 的 Headless Service，我们成功地将 DNS 记录从单个 Service IP 切换到了所有后端 Pod 的 IP 列表。这使得分布式集群应用能够在启动时查询这个 DNS 记录，获取到所有同伴节点的精确网络地址，从而实现高效的集群成员发现和拓扑管理。Headless Service 是构建高性能、高可用性有状态应用集群的基础组件之一。