聊一聊 Google、IBM 和 Lyft 联合开源的微服务 Service Mesh 框架 Istio

Google，IBM 和 Lyft 自豪地宣布 Istio 的第一个公开发布：一个开源项目，提供统一的连接，安全，管理和监控微服务的方。 我们目前的版本针对 Kubernetes 环境; 我们打算在未来几个月内为虚拟机和 Cloud Foundry 等其他环境增加支持。 Istio 将流量管理添加到微服务中，并为增值功能（如安全性，监控，路由，连接管理和策略）创造了基础。 该软件使用来自 Lyft 的经过测试的特使代理构建，并提供对流量的可见性和控制，而不需要对应用程序代码进行任何更改。 Istio 为 CIO 提供了强大的工具，可以在整个企业中实施安全性，政策和合规性要求。

Istio 和 Service Mesh

Istio 是 Google、IBM 和 Lyft 联合开源的微服务 Service Mesh 框架，旨在解决大量微服务的发现、连接、管理、监控以及安全等问题。Istio 对应用是透明的，不需要改动任何服务代码就可以实现透明的服务治理。

Istio 的主要特性包括：

  • HTTP、gRPC 和 TCP 网络流量的自动负载均衡

  • 丰富的路由规则，细粒度的网络流量行为控制

  • 流量加密、服务间认证，以及强身份声明

  • 全范围（ Fleet-wide ）策略执行

  • 深度遥测和报告

Service Mesh

Service Mesh（服务网格）是一个用于保证服务间安全、快速、可靠通信的网络代理组件，是随着微服务和云原生应用兴起而诞生的基础设施层。它通常以轻量级网络代理的方式同应用部署在一起（比如 sidecar 方式，如下图所示）。Serivce Mesh 可以看作是一个位于 TCP/IP 之上的网络模型，抽象了服务间可靠通信的机制。但与 TCP 不同，它是面向应用的，为应用提供了统一的可视化和控制。

为了保证服务间通信的可靠性，Service Mesh 需要支持熔断机制、延迟感知的负载均衡、服务发现、重试等一些列的特性。

比如 Linkerd 处理一个请求的流程包括

  • 查找动态路由确定请求的服务

  • 查找该服务的实例

  • Linkerd 跟响应延迟等因素选择最优的实例

  • 将请求转发给最优实例，记录延迟和响应情况

  • 如果请求失败或实例实效，则转发给其他实例重试（需要是幂等请求）

  • 如果请求超时，则直接失败，避免给后端增加更多的负载

  • 记录请求的度量和分布式跟踪情况

为什么 Service Mesh 是必要的

  • 将服务治理与实际服务解耦，避免微服务化过程中对应用的侵入

  • 加速传统应用转型微服务或云原生应用

Service Mesh 并非一个全新的功能，而是将已存在于众多应用之中的相关功能分离出来，放到统一的组件来管理。特别是在微服务应用中，服务数量庞大，并且可能是基于不同的框架和语言构建，分离出来的 Service Mesh 组件更容易管理和协调它们。

Istio 原 理

Istio 从逻辑上可以分为数据平面和控制平面：

  • 数据平面主要由一系列的智能代理（Envoy）组成，管理微服务之间的网络通信

  • 控制平面负责管理和配置这些智能代理，并动态执行策略

Istio 架构可以如下图所示

主要由以下组件构成

  • Envoy ：Lyft 开源的高性能代理总线，支持动态服务发现、负载均衡、TLS 终止、HTTP/2 和 gPRC 代理、健康检查、性能测量等功能。Envoy 以 sidecar 的方式部署在相关的服务的 Pod 中。

  • Mixer：负责访问控制、执行策略并从 Envoy 代理中收集遥测数据。Mixer 支持灵活的插件模型，方便扩展（支持 GCP、AWS、Prometheus、Heapster 等多种后端）

  • Istio-Auth：提供服务间和终端用户的认证机制

  • Pilot：动态管理 Envoy 示例的生命周期，提供服务发现、流量管理、智能路由以及超时、熔断等弹性控制的功能。其与 Envoy 的关系如下图所示

在数据平面上，除了 Envoy，还可以选择使用 nginxmesh 和 linkerd 作为网络代理。比如，使用 nginxmesh 时，Istio的控制平面（Pilot、Mixer、Auth）保持不变，但用 Nginx Sidecar 取代 Envoy：


安 装

Istio 目前仅支持 Kubernetes，在部署 Istio 之前需要先部署好 Kubernetes 集群并配置好 kubectl 客户端。

下 载 Istio

curl -L https://git.io/getLatestIstio | sh -
cd istio-0.2.12/
cp bin/istioctl /usr/local/bin

部 署 Istio 服 务

两种方式（选择其一执行）

  • 禁止 Auth：kubectl apply -f install/kubernetes/istio.yaml

  • 启用 Auth：kubectl apply -f install/kubernetes/istio-auth.yaml

部署完成后，可以检查 isotio-system namespace 中的服务是否正常运行：

$ kubectl -n istio-system get pod
NAME                             READY     STATUS    RESTARTS   AGE
istio-ca-5cd46b967c-q5th6        1/1       Running   0          3m
istio-egress-56c4d999bc-82js4    1/1       Running   0          3m
istio-ingress-5747bb855f-tv98x   1/1       Running   0          3m
istio-mixer-77487797f6-cwtqt     2/2       Running   0          3m
istio-pilot-86ddcb7ff5-t2zpk     1/1       Running   0          3m

部 署 Prometheus、Grafana 和 Zipkin 插 件

kubectl apply -f install/kubernetes/addons/grafana.yaml
kubectl apply -f install/kubernetes/addons/servicegraph.yaml
kubectl apply -f install/kubernetes/addons/zipkin.yaml
kubectl apply -f install/kubernetes/addons/prometheus.yaml
# kubectl apply -f install/kubernetes/addons/zipkin-to-stackdriver.yaml

等一会所有 Pod 启动后，可以通过 NodePort 或负载均衡服务的外网 IP 来访问这些服务。比如通过 NodePort 方式，先查询服务的 NodePort

$ kubectl -n istio-system get svc grafana -o jsonpath='{.spec.ports[0].nodePort}'
32070
$ kubectl -n istio-system get svc servicegraph -o jsonpath='{.spec.ports[0].nodePort}'
31072
$ kubectl -n istio-system get svc zipkin -o jsonpath='{.spec.ports[0].nodePort}'
30032
$ kubectl -n istio-system get svc prometheus -o jsonpath='{.spec.ports[0].nodePort}'
30890

通过 http://<kubernetes-ip>:32070/dashboard/db/istio-dashboard 访问 Grafana 服务

通过 http://<kubernetes-ip>:31072/dotviz 访问 ServiceGraph 服务，展示服务之间调用关系图

通过 http://<kubernetes-ip>:30032 访问 Zipkin 跟踪页面

通过 http://<kubernetes-ip>:30890 访问 Prometheus 页面

部署 示 例 应 用

在部署应用时，需要通过 istioctl kube-inject 给 Pod 自动插入 Envoy 容器，即

wget https://raw.githubusercontent.com/istio/istio/master/blog/bookinfo-v1.yaml
# inject with istioctl
kubectl apply -f <(istioctl kube-inject -f bookinfo-v1.yaml)

# create ingress
cat <<EOF | kubectl create -f -
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
 name: bookinfo
 annotations:
   kubernetes.io/ingress.class: "istio"
spec:
 rules:
 - http:
     paths:
     - path: /productpage
       backend:
         serviceName: productpage
         servicePort: 9080
     - path: /login
       backend:
         serviceName: productpage
         servicePort: 9080
     - path: /logout
       backend:
         serviceName: productpage
         servicePort: 9080
EOF

原始应用如下图所示

istioctl kube-inject 在原始应用的每个 Pod 中插入了一个 Envoy 容器

服务启动后，可以通过 Ingress 地址

http://<ingress-address>/productpage

来访问 BookInfo 应用

$ kubectl describe ingress
Name:            gateway
Namespace:        default
Address:        192.168.0.77
Default backend:    default-http-backend:80 (10.8.0.4:8080)
Rules:
  Host    Path    Backends
  ----    ----    --------
  *
        /productpage     productpage:9080 (<none>)
        /login         productpage:9080 (<none>)
        /logout     productpage:9080 (<none>)
Annotations:
Events:    <none>

金 丝 雀 部 署

首先部署 v2 版本的应用，并配置默认路由到 v1 版本：

wget https://raw.githubusercontent.com/istio/istio/master/blog/bookinfo-ratings.yaml
kubectl apply -f <(istioctl kube-inject -f bookinfo-ratings.yaml)

wget https://raw.githubusercontent.com/istio/istio/master/blog/bookinfo-reviews-v2.yaml
kubectl apply -f <(istioctl kube-inject -f bookinfo-reviews-v2.yaml)

# create default route
cat <<EOF | istioctl create -f -
apiVersion: config.istio.io/v1alpha2
kind: RouteRule
metadata:
  name: reviews-default
spec:
  destination:
    name: reviews
  route:
  - labels:
      version: v1
    weight: 100
EOF

示例一：将 10% 请求发送到 v2 版本而其余 90% 发送到 v1 版本

cat <<EOF | istioctl create -f -
apiVersion: config.istio.io/v1alpha2
kind: RouteRule
metadata:
  name: reviews-default
spec:
  destination:
    name: reviews
  route:
  - labels:
      version: v2
    weight: 10
  - labels:
      version: v1
    weight: 90
EOF

示例二：将特定用户的请求全部发到 v2 版本

cat <<EOF | istioctl create -f -
apiVersion: config.istio.io/v1alpha2
kind: RouteRule
metadata:
 name: reviews-test-v2
spec:
 destination:
   name: reviews
 precedence: 2
 match:
   request:
     headers:
       cookie:
         regex: "^(.*?;)?(user=jason)(;.*)?$"
 route:
 - labels:
     version: v2
   weight: 100
EOF

示例三：全部切换到 v2 版本

cat <<EOF | istioctl replace -f -
apiVersion: config.istio.io/v1alpha2
kind: RouteRule
metadata:
  name: reviews-default
spec:
  destination:
    name: reviews
  route:
  - labels:
      version: v2
    weight: 100
EOF

示例四：限制并发访问

# configure a memquota handler with rate limits
cat <<EOF | istioctl create -f -
apiVersion: "config.istio.io/v1alpha2"
kind: memquota
metadata:
 name: handler
 namespace: default
spec:
 quotas:
 - name: requestcount.quota.default
   maxAmount: 5000
   validDuration: 1s
   overrides:
   - dimensions:
       destination: ratings
     maxAmount: 1
     validDuration: 1s
EOF

# create quota instance that maps incoming attributes to quota dimensions, and createrule that uses it with the memquota handler
cat <<EOF | istioctl create -f -
apiVersion: "config.istio.io/v1alpha2"
kind: quota
metadata:
 name: requestcount
 namespace: default
spec:
 dimensions:
   source: source.labels["app"] | source.service | "unknown"
   sourceVersion: source.labels["version"] | "unknown"
   destination: destination.labels["app"] | destination.service | "unknown"
   destinationVersion: destination.labels["version"] | "unknown"
---
apiVersion: "config.istio.io/v1alpha2"
kind: rule
metadata:
 name: quota
 namespace: default
spec:
 actions:
 - handler: handler.memquota
   instances:
   - requestcount.quota
EOF

为了查看访问次数限制的效果，可以使用 wrk 给应用加一些压力：

export BOOKINFO_URL=$(kubectl get po -n istio-system -l istio=ingress -o jsonpath={.items[0].status.hostIP}):$(kubectl get svc -n istio-system istio-ingress -o jsonpath={.spec.ports[0].nodePort})
wrk -t1 -c1 -d20s http://$BOOKINFO_URL/productpage

参考文档：

技术交流群：365534424

明晚九点|基于 Ansible API 的任务管理平台

主讲师：panda

前 douban 运维工程师，目前就职于创业公司。引入 douban 的运维平台思想，完成公司的自动化运维平台开发和建设。对运维工程师转运维研发的困惑和痛点深有感触，乐于分享自己转型中的五味杂陈。

主要内容：

1：中小公司对于 puppet/salt/ansible 选择之我见

2：Ansible 在生产环境中的常用场景

3：Playbook API实现任务管理平台思路、难点及实现

分享模式：网络直播

分享时间：12月14日（周四）

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