TKE:NodePort, Service, LB直通Pod性能测试对比

1. 测试背景:

目前基于k8s 服务的外网访问方式有以下几种:

  1. NodePort
  2. svc(通过k8s 的clusterip 访问)
  3. 自研 LB -> Pod (比如pod ip 作为 nginx 的 upstream, 或者社区的nginx-ingress)

其中第一种和第二种方案都要经过iptables 转发,第三种方案不经过iptables,本测试主要是为了测试这三种方案的性能损耗。

2. 测试方案

为了做到测试的准确性和全面性,我们提供以下测试工具和测试数据:

  1. 2核4G 的Pod
  2. 5个Node 的4核8G 集群
  3. 16核32G 的Nginx 作为统一的LB
  4. 一个测试应用,2个静态测试接口,分别对用不同大小的数据包(4k 和 100K)
  5. 测试1个pod ,10个pod的情况(service/pod 越多,一个机器上的iptables 规则数就越多,关于iptables规则数对转发性能的影响,在“ipvs和iptables模式下性能对⽐比测试报告” 已有结论: Iptables场景下,对应service在总数为2000内时,每个service 两个pod, 性能没有明显下降。当service总数达到3000、4000时,性能下降明显,service个数越多,性能越差。)所以这里就不考虑pod数太多的情况。
  6. 单独的16核32G 机器作作为压力机,使用wrk 作为压测工具, qps 作为评估标准,
  7. 那么每种访问方式对应以下4种情况

测试用例

Pod 数

数据包大小

平均QPS

1

1

4k

2

1

100K

3

10

4k

4

10

100k

  1. 每种情况测试5次,取平均值(qps),完善上表。

3. 测试过程

  1. 准备一个测试应用(基于nginx),提供两个静态文件接口,分别返回4k的数据和100K 的数据。 镜像地址:ccr.ccs.tencentyun.com/caryguo/nginx:v0.1 接口:http://0.0.0.0/4k.htmlhttp://0.0.0.0/100k.htm
  2. 部署压测工具。https://github.com/wg/wrk
  3. 部署集群,5台Node来调度测试Pod, 10.0.4.6 这台用来独部署Nginx, 作为统一的LB, 将这台机器加入集群的目的是为了 将ClusterIP 作为nginx 的upstream .
[email protected]:/etc/nginx# kubectl get node  NAME        STATUS                     ROLES     AGE       VERSION  10.0.4.12   Ready                      <none>    3d        v1.10.5-qcloud-rev1  10.0.4.3    Ready                      <none>    3d        v1.10.5-qcloud-rev1  10.0.4.5    Ready                      <none>    3d        v1.10.5-qcloud-rev1  10.0.4.6    Ready,SchedulingDisabled   <none>    12m       v1.10.5-qcloud-rev1  10.0.4.7    Ready                      <none>    3d        v1.10.5-qcloud-rev1  10.0.4.9    Ready                      <none>    3d        v1.10.5-qcloud-rev1
  1. 根据不同的测试场景,调整Nginx 的upstream, 根据不同的Pod, 调整压力,让请求的超时率控制在万分之一以内, 数据如下:
./wrk -c 200 -d 20 -t 10 http://carytest.pod.com/10k.html   单pod  ./wrk -c 1000 -d 20 -t 100 http://carytest.pod.com/4k.html  10 pod
  1. 测试wrk -> nginx -> Pod 场景,

测试用例

Pod 数

数据包大小

平均QPS

1

1

4k

12498

2

1

100K

2037

3

10

4k

82752

4

10

100k

7743

  1. wrk -> nginx -> ClusterIP -> Pod

测试用例

Pod 数

数据包大小

平均QPS

1

1

4k

12568

2

1

100K

2040

3

10

4k

81752

4

10

100k

7824

  1. NodePort 场景,wrk -> nginx -> NodePort -> Pod

测试用例

Pod 数

数据包大小

平均QPS

1

1

4k

12332

2

1

100K

2028

3

10

4k

76973

4

10

100k

5676

压测过程中,4k 数据包的情况下,应用的负载都在80% -100% 之间, 100k 情况下,应用的负载都在20%-30%

之间,压力都在网络消耗上,没有到达服务后端。

4. 测试结论

  1. 在一个pod 的情况下(4k 或者100 数据包),3中网络方案差别不大,QPS 差距在3% 以内。
  2. 在10个pod,4k 数据包情况下,lb->pod 和 svc 差距不大,NodePort 损失近7% 左右。
  3. 10个Pod, 100k 数据包的情况下,lb->pod 和 svc 差距不大,NodePort 损失近 25%

5. 附录

  1. nginx 配置
user nginx;  worker_processes 50;  error_log /var/log/nginx/error.log;  pid /run/nginx.pid;    # Load dynamic modules. See /usr/share/nginx/README.dynamic.  include /usr/share/nginx/modules/*.conf;    events {      worker_connections 100000;  }    http {      log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '                        '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '                        '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';        access_log  /var/log/nginx/access.log  main;        sendfile            on;      tcp_nopush          on;      tcp_nodelay         on;      keepalive_timeout   65;      types_hash_max_size 2048;        include             /etc/nginx/mime.types;      default_type        application/octet-stream;        # Load modular configuration files from the /etc/nginx/conf.d directory.      # See http://nginx.org/en/docs/ngx_core_module.html#include      # for more information.      include /etc/nginx/conf.d/*.conf;         # pod ip      upstream  panda-pod {            #ip_hash;            # Pod ip            #server   10.0.4.12:30734  max_fails=2 fail_timeout=30s;            #server   172.16.1.5:80  max_fails=2 fail_timeout=30s;            #server   172.16.2.3:80  max_fails=2 fail_timeout=30s;            #server   172.16.3.5:80  max_fails=2 fail_timeout=30s;            #server   172.16.4.6:80  max_fails=2 fail_timeout=30s;            #server   172.16.4.5:80  max_fails=2 fail_timeout=30s;            #server   172.16.3.6:80  max_fails=2 fail_timeout=30s;            #server   172.16.1.4:80  max_fails=2 fail_timeout=30s;            #server   172.16.0.7:80  max_fails=2 fail_timeout=30s;            #server   172.16.0.6:80  max_fails=2 fail_timeout=30s;            #server   172.16.2.2:80  max_fails=2 fail_timeout=30s;              # svc ip            #server   172.16.255.121:80  max_fails=2 fail_timeout=30s;              # NodePort            server   10.0.4.12:30734   max_fails=2 fail_timeout=30s;            server   10.0.4.3:30734    max_fails=2 fail_timeout=30s;            server   10.0.4.5:30734    max_fails=2 fail_timeout=30s;            server   10.0.4.7:30734    max_fails=2 fail_timeout=30s;            server   10.0.4.9:30734    max_fails=2 fail_timeout=30s;              keepalive 256;      }        server {          listen       80;          server_name  carytest.pod.com;          # root   /usr/share/nginx/html;          charset utf-8;            # Load configuration files for the default server block.          include /etc/nginx/default.d/*.conf;          location / {                      proxy_pass        http://panda-pod;                      proxy_http_version 1.1;                      proxy_set_header Connection "";                      proxy_redirect off;                      proxy_set_header  Host  $host;                      proxy_set_header  X-Real-IP  $remote_addr;                      proxy_set_header  X-Forwarded-For  $proxy_add_x_forwarded_for;                      proxy_next_upstream error timeout invalid_header http_500 http_502 http_503 http_504;            }            error_page 404 /404.html;              location = /40x.html {          }            error_page 500 502 503 504 /50x.html;              location = /50x.html {          }      }