Isito 入门:为什么学 Istio

2023年5月28日 898点热度 4人点赞 0条评论
内容纲要

本教程已加入 Istio 系列:https://istio.whuanle.cn

1,Istio 概述

🚩聊聊微服务设计

似乎用上 Kubernetes ,就是微服务系统了。

碰到很多人或公司盲目崇拜 Kubernetes ,一直喊着要上 Kubernetes,但是本身既没有技术储备,也没有规划方案。想着上了 Kubernetes 之后,就会变成分布式、高性能、高逼格的微服务系统。

从经验来看,很多公司用上 Kubernetes 之后,并不会显著改善旧系统的缺点,而由于项目中充斥着大量泥球般混乱的代码、随意使用数据库事务、几百行代码的函数、过度引用其它项目的接口等,无论在 Kubernetes 上放置多少个应用实例,速度总是提示不起来。

【图源互联网】

其实这种情况是挺常见的,例如你公司的项目,跟我公司的项目。

在笔者经历当中,碰到过很多中小公司开始从单体系统转型为使用 Kubernetes 设施的系统,然而大多数对 Kubernetes 的使用局限于表面,下面来聊聊几种常见的情况。

🥇只使用 Kubernetes 部署容器,

只使用 Kubernetes 部署容器,其它方面几乎没有变化。

此类系统加入了 Jenkins 构建 CICD 容器,构建后部署到 Kubernetes 中,但是未考虑容错处理、内外部系统通讯、没有使用可观察性系统(监控、日志、链路追踪),也没有服务发现和负载均衡。整套系统仅仅是拆分成了多个服务部署,服务之间的通讯使用固定地址写死配置文件,或者应用修改配置很麻烦。

此类系统唯一亮点是使用了 Kubernetes,可能还用上了 Redis、Mongodb 之类的数据存储系统。

可是,由于缺少合理的架构设计,系统虽然拆分出来了,其带来的好处只不过是研发小组可以包干一个项目,方便管理研发工作。

为了应对子服务通讯需要,只能不断在用户中心或其它服务增加一大套 API,以便子服务能够获取需要的信息。可是其拆分后带来的弊端更多,服务拆分造成了数据隔离(一般是同一个数据库引擎,使用不同的数据库名称),每个服务都有自己的数据库,这个时候,他们还往往忽略了分布式下的可能会出现的数据一致性问题、分布式事务问题等。

由于其缺乏足够的基础设施支撑,当服务通讯出现错误时排查问题也会变得十分困难,该项目组可能需要跟不同的小组协调排查,有可能为了一个问题修改十多次代码,不断重新部署不断追加日志,以便查找问题修复 bug。

🥈开始使用一些中间件,完善基础设施

为了解决微服务系统中的一些问题,研发团队引入了一些中间件。

数据同步:为了解决数据隔离问题,引入了 Canal 此类数据库同步工具,例如将用户中心的用户表同步到下游,子服务可以直接在自己的数据库 join 数据,聚合信息变得更加容易。为了更加容易查询聚合数据,还将 Mysql 数据消费后同步到 ES、Kafka 等系统进行二次处理。

自动化部署与持续集成:微服务的部署实现自动化,以减少人工干预和错误。

监控与日志:集群中使用了分布式监控和日志记录,以便于跟踪和诊断问题。【Istio 可以帮到您】

服务发现与负载均衡:使用了 Consul 等服务注册和发现中间件,解决了服务通讯地址耦合配置的问题,无需人工维护服务地址列表,还带有健康检查、负载均衡等功能。【Istio 可以帮到您】

配置管理:使用 Nacos、 Apollo 等配置中心,能够动态变更服务的配置。

服务划分不合理:在微服务架构中,将系统拆分成多个独立的服务是至关重要的,然而服务划分不合理可能导致服务过度拆分或功能耦合。

数据一致性:由于微服务使用独立的数据存储,可能导致数据一致性问题。

高度耦合:服务间过度耦合可能导致修改一个服务会影响到其他服务,降低了系统的可维护性。

难以诊断与监控:由于微服务的分布式特性,系统出现问题时可能难以诊断和监控。【Istio 可以帮到您】

安全性问题:微服务间的通信可能导致安全性问题,大多数系统没有考虑到外部通讯鉴权、内部系统通讯鉴权的问题。【Istio 可以帮到您】

此类系统可以解决在服务通讯和服务故障中出现的一些问题,也提供减轻研发人员负担的中间件。

但是此类系统,可能还有很多问题。笔者下面说说所接触到的实际例子。

首先是代码耦合了太多组件。例如为了支持链路追踪、日志收集,代码中引用了很多相关的类库并且需要进行复杂的配置。

其实这些组件是可以下沉到基础设施的,这也正是笔者编写 Istio 教程的原因。

.NET 中的 ABP 框架也许正是被批评的对象之一,因为 ABP 真的太 “重” 了,想想 ABP 这么多的组件,每个模块都需要添加代码配置使用,项目光是配置这些模块、扩展服务就得写多少代码,学习成本得有多高。

想想,项目这么多模块和配置,能记得多少,每次新建一个项目都要从别的项目那里复制一堆配置和代码过去,累不。

此外,微服务之间通过网络通信,没有好的故障处理方案,也是一个常见的情况。微服务通讯可能会出现网络延迟和故障,需要采取设施使用超时、重试、熔断等容错策略来降低网络问题的影响。

实际情况下,大多数研发团队并不会处理这些问题,一个子服务直接发出 HTTP 请求,如果请求失败就直接抛出异常,或者使用的方法是在代码中加入一些组件,当请求失败时程序自动处理故障,如重试、熔断等。

例如 C# 可以使用 Polly 组件,配置对 HTTP 请求的超时、重试等策略。可是配置是写死在代码中的,如果需要变化就需要修改代码,而且研发人员不一定能够预先配置好足有优秀的参数。多加一个组件,程序的 “重量” 增加一分,维护难度也会加大。

所以说,要设计一套微服务系统并不容易。

❓我为什么要学 Istio

首先是,Istio 能够将很多配置下沉到基础设施层面,我们的项目代码可以减少很多组件、代码和配置。

熟话说得好,架构设计决定了系统的上限,而实现细节决定了系统的下限。

想想,如果你使用 ABP 来开发业务,当你打开项目代码时,里面的配置还记得清楚吗?每次新建项目,都要从旧项目抄一堆代码和配置,还需要在各种中间件中增加相当多的配置。笔者看过不少使用 ABP 编写的项目,里面的配置实在太多了。况且涉及的依赖包很多,不同的项目模块更新时也很容易碰到组件版本不一致导致的冲突。

前面说了,微服务通讯时,需要自动故障修复,能够自动重试、熔断,并且还需要支持服务的健康检查以及负载均衡。如果这些都在代码中配置,每个项目都需要重复劳动一次。

所以,我学习 Istio 主要原因有三点:

  • 将代码中的东西丢到基础设施中去,减少代码量和复杂的配置。
  • 可以学习到很多微服务设计思想。
  • 更加合理地在 Kubernetes 上设计系统架构。

当然,按照公司的体量和业务支撑需求,并不一定用得上 Istio,而本身 Istio 也挺重的,学起来难度不比 Kubernetes 低。

在写本文之前,跟一个大佬聊天,他说大多数公司用不上 Istio,而用得上的公司会选择自研。其实用不用得上并不重要,重要的是你可以从学习 Isito 的时候,了解很多设计思想,了解 Istio 的这些组件解决了什么样的问题。之后,除了使用 Isito ,我们也可以使用其它方法来解决这些问题。

💡所以,Istio 是什么

Istio 是一个与 Kubernetes 紧密结合的服务网格(Service Mesh),用于服务治理

注意,Istio 是用于服务治理的,主要有流量管理、服务间安全、可观测性这几种功能。在微服务系统中,会碰到很多棘手的问题,Istio 只能解决其中一小部分。

服务治理有三种方式,第一种是每个项目中包含单独的治理逻辑,这样比较简单;第二种是将逻辑封装到 SDK 中,每个项目引用 SDK 即可,不增加或只需要少量配置或代码即可;第三种是下沉到基础设施层。Istio 便是第三种方式。

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Istio 对业务是非侵入式的,完全不需要改动项目代码

Istio 三个主要功能

接下来介绍一下 Istio 的三个主要能力。

⏩流量管理

流量管理包括以下功能:

  • 动态服务发现
  • 负载均衡
  • TLS 终端
  • HTTP/2 与 gRPC 代理
  • 熔断器
  • 健康检查
  • 基于百分比流量分割的分阶段发布
  • 故障注入
  • 丰富的指标

⏩可观测性

Istio 支持 Jaeger、Zipkin、Skywalking 等链路追踪中间件,支持 Prometheus 收集指标数据,然后日志功能没有上面亮点,只是记录了请求的 HTTP 地址之类。Istio 的可观测性帮助我们了解应用程序的性能和行为,使得故障检测、性能分析和容量规划变得更加简单。

⏩安全性能

主要特点是可以实现零信任网络中的服务之间通讯加密。Istio 通过自动为服务之间的通信提供双向 TLS 加密来增强安全性,同时 Istio 还提供了强大的身份验证、授权和审计功能。

Istio 原理

Istio 可以的作用原理是拦截 Kubernetes 部署 Pod 的事件,然后从 Pod 中注入一个名为 Envoy 的容器,这个容器会拦截外部到业务应用的流量。由于所有流量都被 Envoy “劫持” 了,所以 Istio 可以对流量进行分析例如收集请求信息,以及一系列的流量管理操作,也可以验证授权信息。当 Envoy 拦截流量并执行一系列操作之后,如果请求没问题,就会转发流量到业务应用的 Pod 中。

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【左:普通 Pod;Istio;右:Istio 代理了出入口流量】

当然,由于 Envoy 需要拦截流量之后转发给业务应用,这样就多了一层转发,会导致系统响应速度会有所下降,但是增加的响应时间几乎可以忽略不计

每个 Pod 都有一个 Envoy 负责拦截、处理和转发进出 Pod 的所有网络流量,这种方式被称为 Sidecar。

以下是 Istio Sidecar 的一些主要功能:

  • 流量管理:Envoy 代理可以根据 Istio 配置的路由规则(如 VirtualService 和 DestinationRule)实现流量的转发、分割和镜像等功能。

  • 安全通信:Envoy 代理负责在服务之间建立安全的双向 TLS 连接,确保服务间通信的安全性。

  • 遥测数据收集:Envoy 代理可以收集关于网络流量的详细遥测数据(如延迟、成功率等),并将这些数据上报给 Istio 的遥测组件,以便进行监控和分析。

  • 策略执行:Envoy 代理可以根据 Istio 配置的策略规则(如 RateLimit 和 AuthorizationPolicy)执行限流、访问控制等策略。

由于 Pod 是通过 Envoy 暴露端口的,所有进出口流量都需要经过 Envoy 的检查,所以很容易判断访问来源,如果请求方不是在 Istio 中的服务,那么 Envoy 便会拒绝访问。

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在 Istio 中,Envoy 这一块称为数据平面,而负责管理集群的 istiod 组件称为控制平面。

注意,这里是 istiod ,是 Istio 负责管理集群的一种组件。

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对 Istio 的介绍就到这里为止,在后面的章节中,我们会通过实际使用 Istio ,来进一步深入了解 Istio 的功能和原理。

痴者工良

高级程序员劝退师

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