Istio 大型微服务系统管理工具

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背景

  1. 在基于的微服务体系结构中，都会存在一些需要解决的问题，例如当我们的不同服务（应用）直接进行交互访问，如何进行流量控制、鉴权、服务熔断、治理等问题，不同的微服务架构实现这些功能方式不一，像Spring Cloud与Netflix OSS是偏向于通过使用微服务的框架来实现，而基于Kubernetes的微服务体系是通过服务网格方式来进行实现

  2. 什么是服务网格（Service Mesh）：服务网格指的是专门处理服务通讯的基础设施层，目前比较主流的有Istio

简介

Istio 是一个由谷歌、IBM 与 Lyft 共同开发的开源项目，旨在提供一种统一化的微服务连接、安全保障、管理与监控方式。Istio 项目能够为微服务架构提供流量管理机制，同时亦为其它增值功能（包括安全性、监控、路由、连接管理与策略等）创造了基础。这款软件利用久经考验的 Lyft Envoy 代理进行构建，可在无需对应用程序代码作出任何发动的前提下实现可视性与控制能力。

Envoy 服务代理扩展了 Kubernetes，以建立一个可编程的、可感知的应用程序网络。Istio 与 Kubernetes 和传统工作负载一起使用，为复杂的部署带来了标准的通用流量管理、遥测和安全性。

特点

流量管理：部署服务间路由，故障恢复和负载平衡等功能。
可观测性：提供流量和服务性能的端到端视图。
安全：跨服务进行加密，基于角色的访问和身份验证。

概念

流量管理

流量管理指的是在Client调用到我们服务的过程中对其进行管理，包括其路由到指定服务，负载均衡，服务熔断超时重试等

  1. Gateway：它控制网络边界，指定了从外部网络进入Istio网络的请求如何被处理。Gateway定义了负责处理请求的服务器，以及请求的进入端点。
  2. VirtualService：它控制网络流量，指定了请求如何被路由到服务。VirtualService定义了请求如何到达特定的服务，以及在路由到服务时的其他流量控制策略。
  3. DestinationRule：它控制服务流量，指定了请求如何被路由到服务的具体实例。DestinationRule定义了服务的抖动行为、负载均衡策略和请求的拆分策略。

虚拟服务（VirtualService）

虚拟服务（Virtual Service）是Istio组件之一，用于将服务网格内的请求路由到对应的服务，每个虚拟服务包含一组路由规则

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apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
  name: reviews
spec:
  hosts:
  - reviews
  http:
  - match:#匹配的规则
    - headers:
        end-user:
          exact: jason
    route:#路由到目标地址及其子集
    - destination:
        host: reviews
        subset: v2
  - route:
    - destination:
        host: reviews
        subset: v3
  • hosts：虚拟服务主机地址，即用户指定的目标或是路由规则设定的目标。这是客户端向服务发送请求时使用的一个或多个地址。可以是IP、域名、通配符
  • match：路由匹配，支持正则
  • destination：目的地址

更多参考官方文档：https://istio.io/latest/zh/docs/reference/config/networking/virtual-service/

目标规则（Destination Rule）

目标规则（Destination Rule）配合虚拟服务，用于配置目的地址的负载均衡，服务子集版本等

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apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: DestinationRule
metadata:
  name: my-destination-rule
spec:
  host: my-svc
  trafficPolicy:
    loadBalancer:
      simple: RANDOM
  subsets:#配置了三个子集
  - name: v1
    labels:
      version: v1
  - name: v2
    labels:
      version: v2
    trafficPolicy:
      loadBalancer:
        simple: ROUND_ROBIN
  - name: v3
    labels:
      version: v3

负载均衡支持

  • 随机：请求以随机的方式转到池中的实例。
  • 权重：请求根据指定的百分比转到实例。
  • 最少请求：请求被转到最少被访问的实例。

网关（Gateway）

网关主要用于管理入站和出栈流量， Istio 的网关资源可以配置 4-6 层的负载均衡属性，如对外暴露的端口、TLS 设置等

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apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: Gateway
metadata:
  name: ext-host-gwy
spec:
  selector:
    app: my-gateway-controller
  servers:
  - port:
      number: 443
      name: https
      protocol: HTTPS
    hosts:
    - ext-host.example.com
    tls:
      mode: SIMPLE
      serverCertificate: /tmp/tls.crt
      privateKey: /tmp/tls.key

这个网关配置让 HTTPS 流量从 ext-host.example.com 通过 443 端口流入网格，但没有为请求指定任何路由规则。为想要工作的网关指定路由，您必须把网关绑定到虚拟服务上

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apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
  name: virtual-svc
spec:
  hosts:
  - ext-host.example.com
  gateways: # 指定网关
    - ext-host-gwy

服务入口（Service Entry）

使用服务入口（Service Entry） 来添加一个入口到 Istio 内部维护的服务注册中心。添加了服务入口后，Envoy 代理可以向服务发送流量，就好像它是网格内部的服务一样。配置服务入口允许你管理运行在网格外的服务的流量，它包括以下几种能力：

  • 为外部目标 redirect 和转发请求，例如来自 web 端的 API 调用，或者流向遗留老系统的服务。
  • 为外部目标定义重试、超时和故障注入策略。
  • 添加一个运行在虚拟机的服务来扩展您的网格。

示例：将 ext-resource 外部依赖项添加到 Istio 的服务注册中心：

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apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: ServiceEntry
metadata:
  name: svc-entry
spec:
  hosts:
  - ext-svc.example.com
  ports:
  - number: 443
    name: https
    protocol: HTTPS
  location: MESH_EXTERNAL
  resolution: DNS

配置DR设置超时时间

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apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: DestinationRule
metadata:
  name: ext-res-dr
spec:
  host: ext-svc.example.com
  trafficPolicy:
    connectionPool:
      tcp:
        connectTimeout: 1s

边车（Sidecar）

sidecar主要的作用是：

  • 微调 Envoy 代理接受的端口和协议集。
  • 限制 Envoy 代理可以访问的服务集合。

原理

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应用

安装Istio

  1. 获取istio

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    curl -L https://istio.io/downloadIstio | ISTIO_VERSION=1.16.2 TARGET_ARCH=arm_64 sh -

  2. 移动可执行二进制文件到

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    cp istioctl /usr/bin/

  3. 查看版本

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    istioctl version

  4. 安装istio

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    istioctl install --set profile=demo -y

  5. 给命名空间添加标签，指示 Istio 在部署应用的时候，自动注入 Envoy 边车代理：

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    kubectl label namespace default istio-injection=enabled

部署应用

官方案例

Bookinfo 应用分为四个单独的微服务：

  • productpage. 这个微服务会调用 details 和 reviews 两个微服务，用来生成页面。
  • details. 这个微服务中包含了书籍的信息。
  • reviews. 这个微服务中包含了书籍相关的评论。它还会调用 ratings 微服务。
  • ratings. 这个微服务中包含了由书籍评价组成的评级信息。

reviews 微服务有 3 个版本：

  • v1 版本不会调用 ratings 服务。
  • v2 版本会调用 ratings 服务，并使用 1 到 5 个黑色星形图标来显示评分信息。
  • v3 版本会调用 ratings 服务，并使用 1 到 5 个红色星形图标来显示评分信息。

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  1. 部署

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    kubectl apply -f samples/bookinfo/platform/kube/bookinfo.yaml
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    # Copyright Istio Authors
    #
    #   Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
    #   you may not use this file except in compliance with the License.
    #   You may obtain a copy of the License at
    #
    #       http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
    #
    #   Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
    #   distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
    #   WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
    #   See the License for the specific language governing permissions and
    #   limitations under the License.

    ##################################################################################################
    # This file defines the services, service accounts, and deployments for the Bookinfo sample.
    #
    # To apply all 4 Bookinfo services, their corresponding service accounts, and deployments:
    #
    #   kubectl apply -f samples/bookinfo/platform/kube/bookinfo.yaml
    #
    # Alternatively, you can deploy any resource separately:
    #
    #   kubectl apply -f samples/bookinfo/platform/kube/bookinfo.yaml -l service=reviews # reviews Service
    #   kubectl apply -f samples/bookinfo/platform/kube/bookinfo.yaml -l account=reviews # reviews ServiceAccount
    #   kubectl apply -f samples/bookinfo/platform/kube/bookinfo.yaml -l app=reviews,version=v3 # reviews-v3 Deployment
    ##################################################################################################

    ##################################################################################################
    # Details service
    ##################################################################################################
    apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: details
      labels:
        app: details
        service: details
    spec:
      ports:
      - port: 9080
        name: http
      selector:
        app: details
    ---
    apiVersion: v1
    kind: ServiceAccount
    metadata:
      name: bookinfo-details
      labels:
        account: details
    ---
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: details-v1
      labels:
        app: details
        version: v1
    spec:
      replicas: 1
      selector:
        matchLabels:
          app: details
          version: v1
      template:
        metadata:
          labels:
            app: details
            version: v1
        spec:
          serviceAccountName: bookinfo-details
          containers:
          - name: details
            image: docker.io/istio/examples-bookinfo-details-v1:1.17.0
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            ports:
            - containerPort: 9080
            securityContext:
              runAsUser: 1000
    ---
    ##################################################################################################
    # Ratings service
    ##################################################################################################
    apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: ratings
      labels:
        app: ratings
        service: ratings
    spec:
      ports:
      - port: 9080
        name: http
      selector:
        app: ratings
    ---
    apiVersion: v1
    kind: ServiceAccount
    metadata:
      name: bookinfo-ratings
      labels:
        account: ratings
    ---
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: ratings-v1
      labels:
        app: ratings
        version: v1
    spec:
      replicas: 1
      selector:
        matchLabels:
          app: ratings
          version: v1
      template:
        metadata:
          labels:
            app: ratings
            version: v1
        spec:
          serviceAccountName: bookinfo-ratings
          containers:
          - name: ratings
            image: docker.io/istio/examples-bookinfo-ratings-v1:1.17.0
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            ports:
            - containerPort: 9080
            securityContext:
              runAsUser: 1000
    ---
    ##################################################################################################
    # Reviews service
    ##################################################################################################
    apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: reviews
      labels:
        app: reviews
        service: reviews
    spec:
      ports:
      - port: 9080
        name: http
      selector:
        app: reviews
    ---
    apiVersion: v1
    kind: ServiceAccount
    metadata:
      name: bookinfo-reviews
      labels:
        account: reviews
    ---
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: reviews-v1
      labels:
        app: reviews
        version: v1
    spec:
      replicas: 1
      selector:
        matchLabels:
          app: reviews
          version: v1
      template:
        metadata:
          labels:
            app: reviews
            version: v1
        spec:
          serviceAccountName: bookinfo-reviews
          containers:
          - name: reviews
            image: docker.io/istio/examples-bookinfo-reviews-v1:1.17.0
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            env:
            - name: LOG_DIR
              value: "/tmp/logs"
            ports:
            - containerPort: 9080
            volumeMounts:
            - name: tmp
              mountPath: /tmp
            - name: wlp-output
              mountPath: /opt/ibm/wlp/output
            securityContext:
              runAsUser: 1000
          volumes:
          - name: wlp-output
            emptyDir: {}
          - name: tmp
            emptyDir: {}
    ---
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: reviews-v2
      labels:
        app: reviews
        version: v2
    spec:
      replicas: 1
      selector:
        matchLabels:
          app: reviews
          version: v2
      template:
        metadata:
          labels:
            app: reviews
            version: v2
        spec:
          serviceAccountName: bookinfo-reviews
          containers:
          - name: reviews
            image: docker.io/istio/examples-bookinfo-reviews-v2:1.17.0
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            env:
            - name: LOG_DIR
              value: "/tmp/logs"
            ports:
            - containerPort: 9080
            volumeMounts:
            - name: tmp
              mountPath: /tmp
            - name: wlp-output
              mountPath: /opt/ibm/wlp/output
            securityContext:
              runAsUser: 1000
          volumes:
          - name: wlp-output
            emptyDir: {}
          - name: tmp
            emptyDir: {}
    ---
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: reviews-v3
      labels:
        app: reviews
        version: v3
    spec:
      replicas: 1
      selector:
        matchLabels:
          app: reviews
          version: v3
      template:
        metadata:
          labels:
            app: reviews
            version: v3
        spec:
          serviceAccountName: bookinfo-reviews
          containers:
          - name: reviews
            image: docker.io/istio/examples-bookinfo-reviews-v3:1.17.0
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            env:
            - name: LOG_DIR
              value: "/tmp/logs"
            ports:
            - containerPort: 9080
            volumeMounts:
            - name: tmp
              mountPath: /tmp
            - name: wlp-output
              mountPath: /opt/ibm/wlp/output
            securityContext:
              runAsUser: 1000
          volumes:
          - name: wlp-output
            emptyDir: {}
          - name: tmp
            emptyDir: {}
    ---
    ##################################################################################################
    # Productpage services
    ##################################################################################################
    apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: productpage
      labels:
        app: productpage
        service: productpage
    spec:
      ports:
      - port: 9080
        name: http
      selector:
        app: productpage
    ---
    apiVersion: v1
    kind: ServiceAccount
    metadata:
      name: bookinfo-productpage
      labels:
        account: productpage
    ---
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: productpage-v1
      labels:
        app: productpage
        version: v1
    spec:
      replicas: 1
      selector:
        matchLabels:
          app: productpage
          version: v1
      template:
        metadata:
          labels:
            app: productpage
            version: v1
        spec:
          serviceAccountName: bookinfo-productpage
          containers:
          - name: productpage
            image: docker.io/istio/examples-bookinfo-productpage-v1:1.17.0
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            ports:
            - containerPort: 9080
            volumeMounts:
            - name: tmp
              mountPath: /tmp
            securityContext:
              runAsUser: 1000
          volumes:
          - name: tmp
            emptyDir: {}
    ---
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    service/details created
    serviceaccount/bookinfo-details created
    deployment.apps/details-v1 created
    service/ratings created
    serviceaccount/bookinfo-ratings created
    deployment.apps/ratings-v1 created
    service/reviews created
    serviceaccount/bookinfo-reviews created
    deployment.apps/reviews-v1 created
    deployment.apps/reviews-v2 created
    deployment.apps/reviews-v3 created
    service/productpage created
    serviceaccount/bookinfo-productpage created
    deployment.apps/productpage-v1 created

  2. 查看Service

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    [root@k8s-master01 bookinfo]# kubectl get services
    NAME          TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
    demo          ClusterIP   10.105.133.95    <none>        80/TCP     91d
    details       ClusterIP   10.98.114.171    <none>        9080/TCP   3m26s
    kubernetes    ClusterIP   10.96.0.1        <none>        443/TCP    98d
    nginx         ClusterIP   None             <none>        80/TCP     14d
    productpage   ClusterIP   10.102.82.121    <none>        9080/TCP   3m15s
    ratings       ClusterIP   10.101.219.48    <none>        9080/TCP   3m15s
    reviews       ClusterIP   10.111.191.190   <none>        9080/TCP   3m15s

  3. 查看Pod

    1
    kubectl get pod

  4. 访问

    1
    kubectl exec "$(kubectl get pod -l app=ratings -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}')" -c ratings -- curl -sS productpage:9080/productpage | grep -o "<title>.*</title>"
    1
    <title>Simple Bookstore App</title>

对外开放

经上述步骤部署成功后我们需要对其进行提供外部访问，需要创建 Istio 入站网关（Ingress Gateway）， 它会在网格边缘把一个路径映射到路由。

  1. 把应用关联到istio网关

    1
    kubectl apply -f samples/bookinfo/networking/bookinfo-gateway.yaml

  2. 查看集群是否支持外部负载均衡

    1
    kubectl get svc istio-ingressgateway -n istio-system
    1
    2
    NAME                   TYPE           CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)                                                                      AGE
    istio-ingressgateway   LoadBalancer   10.96.248.193   <pending>     15021:31675/TCP,80:30703/TCP,443:32396/TCP,31400:31654/TCP,15443:30816/TCP   88m

    设置 EXTERNAL-IP 的值之后， 您的环境就有了一个外部的负载均衡器，可以将其用作入站网关。 但如果 EXTERNAL-IP 的值为 (或者一直是 状态)， 则您的环境则没有提供可作为入站流量网关的外部负载均衡器。 在这个情况下，您还可以用服务（Service）的节点端口访问网关。

  3. 通过节点端口访问网关，设置入站端口

    1
    2
    export INGRESS_PORT=$(kubectl -n istio-system get service istio-ingressgateway -o jsonpath='{.spec.ports[?(@.name=="http2")].nodePort}')
    export SECURE_INGRESS_PORT=$(kubectl -n istio-system get service istio-ingressgateway -o jsonpath='{.spec.ports[?(@.name=="https")].nodePort}')

  4. 设置入站访问入口

    1
    2
    3
    export INGRESS_HOST=worker-node-address
    //如
    export INGRESS_HOST=192.168.100.21
    1
    export INGRESS_HOST=$(kubectl get po -l istio=ingressgateway -n istio-system -o jsonpath='{.items[0].status.hostIP}')

    设置环境变量

    1
    export GATEWAY_URL=$INGRESS_HOST:$INGRESS_PORT

    查看访问Endpoint

    1
    echo "$GATEWAY_URL"

  5. 验证外部访问

    1
    echo "http://$GATEWAY_URL/productpage"
    1
    http://192.168.100.21:30703/productpage

  6. 我们在访问的时候会随机的打到三个服务上，

  7. 修改路由把全部流量指向v1

    1
    kubectl apply -f samples/bookinfo/networking/virtual-service-all-v1.yaml
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    51
    52
    apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
    kind: VirtualService
    metadata:
      name: productpage
    spec:
      hosts:
      - productpage
      http:
      - route:
        - destination:
            host: productpage
            subset: v1
    ---
    apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
    kind: VirtualService
    metadata:
      name: reviews
    spec:
      hosts:
      - reviews
      http:
      - route:
        - destination:
            host: reviews
            subset: v1
    ---
    apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
    kind: VirtualService
    metadata:
      name: ratings
    spec:
      hosts:
      - ratings
      http:
      - route:
        - destination:
            host: ratings
            subset: v1
    ---
    apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
    kind: VirtualService
    metadata:
      name: details
    spec:
      hosts:
      - details
      http:
      - route:
        - destination:
            host: details
            subset: v1
    ---

安装仪表盘

创建可视化仪表盘

  1. 创建可视化仪表盘

    1
    2
    kubectl apply -f samples/addons
    kubectl rollout status deployment/kiali -n istio-system

  2. 访问仪表盘

    1
    2
    3
    istioctl dashboard kiali
    #上面的只能是集群内部访问，想要外部访问可以指定开发的节点地址
    istioctl dashboard kiali --address 192.168.100.21

    image.png
    image.png
    以上案例体验完后想删除可直接直接clean脚本进行清除

    1
    samples/bookinfo/platform/kube/cleanup.sh

案例

配置请求路由

  1. 如何将请求动态路由到微服务的多个版本

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    apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
    kind: DestinationRule
    metadata:
      name: reviews
    spec:
      host: reviews
      subsets:
      - name: v1
        labels:
          version: v1
      - name: v2
        labels:
          version: v2
      - name: v3
        labels:
          version: v3

  2. 所有请求指向同一个版本

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    12
    apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
    kind: VirtualService
    metadata:
      name: reviews
    spec:
      hosts:
      - reviews
      http:
      - route:
        - destination:
            host: reviews
            subset: v1

  3. 基于用户身份的路由

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    apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
    kind: VirtualService
    metadata:
      name: reviews
    spec:
      hosts:
        - reviews
      http:
      - match:
        - headers:
            end-user:
              exact: jason
        route:
        - destination:
            host: reviews
            subset: v2
      - route:
        - destination:
            host: reviews
            subset: v1

故障注入

此任务说明如何注入故障并测试应用程序的弹性。

流量转移

展示如何将流量从旧版本迁移到新版本的服务。

TCP 流量转移

展示如何将一个服务的 TCP 流量从旧版本迁移到新版本。

设置请求超时

本任务用于示范如何使用 Istio 在 Envoy 中设置请求超时。

熔断

本任务展示如何为连接、请求以及异常检测配置熔断。

镜像

此任务演示了 Istio 的流量镜像/影子功能。

地域负载均衡

本系列任务演示如何在 Istio 中配置地域负载均衡。

Ingress

控制 Istio 服务网格的入口流量。

Egress

控制 Istio 服务网格的出口流量。

资料

  1. 官网 ：https://istio.io/latest/zh/
  2. github：https://github.com/istio/istio
云原生组 > 服务网格
#Istio
Istio 大型微服务系统管理工具
https://mikeygithub.github.io/2023/01/31/yuque/Istio 大型微服务系统管理工具/
作者
Mikey
发布于
2023年1月31日
许可协议