Istio系列学习----Istio的路由规则配置:VirtualService

Posted 2023-04-04 归来少年Plus

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Istio系列学习----Istio的路由规则配置:VirtualService相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

VirtualService是istio流量治理的核心配置.

一、路由规则配置示例

含义：对于forecast服务的访问，如果在请求的Header中location取值是north，则将该请求转发到服务的v2版本上，其他请求转发到服务的v1版本上。

二、路由规则定义

virtualService：用于定义对特定目标服务的一组流量规则。描述一个具体的服务对象，包含了对流量的各种处理。

virtualService中的术语：
service：服务
service version：服务版本
source：发起调用的服务
host：服务调用方连接和调用目标服务时使用的地址

VirtualService的1级定义，包括通用字段hosts、gateways，复合字段HttpRoute、TCPRoute、TLSRoute，表示istio支持的http\\TCP\\TLS协议的流量规则。

hosts和gateways是每种协议都要用到的公共字段。
1、hosts
必选，表示流量发送的目标。用于匹配访问地址，可以是一个DNS名称或IP地址。
DNS可以使用通配符前缀，也可以使用短域名。但是建议在规则中明确写完整的域名。

对k8s平台来说，hosts中一般是Service的短域名。如forecast对应的完整域名是：forecast.weather.svc.cluster.local,其中weather是forecast服务部署的命名空间。
isito中，hosts的全域名是 forecats.default.svc.cluster.local。其中命名空间default是virtualService的命名空间，不是Service的命名空间。

2、gateways
标识应用这些流量规则的gateway。VirtualService描述的规则可以作用到网格里的Sidecar和入口处的Gateway。具体场景如下：
1）服务仅在网格内访问，规则也仅作用于网格内的sideCar。此时gateways字段可以省略。

2）服务仅在网格外访问，需要配置关联的Gateway，对应gateway进来的流量执行在这个VirtualService上定义的规则。

3）服务在网格内核网格外都要访问，那对gateways数组字段至少配置两个元素，一个是是外部访问的gateway，另一个是保留关键字”mesh“。

3、http
用于处理http的流量，是一个与HTTPRoute类似的路由集合

4、tls
用于处理非终结的TLS和HTTPS的流量，是一个TLSRoute类型的路由集合。

5、tcp
用于处理TCP的流量，所有其他非HTTP和TLS端口的流量，是一个TCPRoute类型的路由集合
注意：http tls tcp3各字段在定义上都是数组，可以定义多个元素；使用上都是一个有序列表，应用时匹配的第一个规则生效。不会检查后面的规则

6、exportTo
新增字段，控制VirtualService跨命名空间的可见性，即VirtualService是否可以被其他命名空间下的sidecar和Gateway使用。
默认全局可见。 .表示仅应用到当前命名空间， *表示应用到所有的命名空间。

三、HTTP路由(HttpRoute)

1、HTTPRoute
http是当前最通用、内容最丰富的协议。除了可以路由，还可以进行如：重定向、重写、重试、流量镜像、故障注入、跨资源共享等操作。
实际的协议包括：http http2 grpc

2、http的配置规则
支持将uri schema method authority port等作为条件来匹配。
URI 的完整格式是:URI=scheme:[//authority]path [?query][#fragment]
Authority的标准定义是:“authority=[userinfo@]host[:port]

具体匹配规则：
1）uri schema method authority都是StringMatch类型，在匹配时支持extract-全部匹配、prefix-前缀匹配、regex-正则匹配
2）headers map类型，也可以采用全部、前缀、正则三种方式匹配。

匹配headers中source取值为north，并且uri以/advertisement开头的请求
3)port 请求的服务端口
4）sourcelabels map类型的键值对，标识请求来源的负载匹配标签。可以对一组服务都打一个相同的标签，然后使用sourceLabels字段对这些服务试试相同的流量规则。
k8s平台中，label就是pod上的标签。

标识请求来源是frontend服务的v2版本负载。
5）gateways：规则应用的gateway名称

匹配逻辑：HTTPMatchRequest中多个match是或的关系，
某个match中的诸多属性如uri、 headers、method等是“与”逻辑，而属性数组中几个元素间的关系是“或”逻辑。

match有两个，其条件的语义是:headers中的source取值为“north”，并且uri以“/advertisement”开头的请求，或者uri以“/forecast”开头的请求。

在生产环境运行Istio

Istio是什么？Istio是服务网格技术，在网络上添加一层抽象层。它截获Kubernetes集群里的所有或者部分流量，并在之上执行一系列操作。支持哪些操作呢？比如，搭建智能路由或实现断路器方案，进行“金丝雀部署”等。另外，Istio还可以限制外部交互并且控制集群和外部网络的所有路由。而且，Istio支持配置策略规则来控制不同微服务之间的交互。最终，我们可以生成完整的网络交互图，并且得到对于应用来说完全透明的指标集。

官方文档[1]里有Istio的详细介绍。本文介绍Istio上微服务交互背后的基本原理，展示Istio的确是解决各种问题的相当强大的工具。本文尝试回答Istio初学者经常会问的各种问题，帮助大家更有效率地使用Istio。

在介绍安装之前，先介绍一些核心观点，总体看一下Istio的组件和组件间交互的原理。

工作原理

在生产环境运行Istio

Istio由两大组件组成——控制面板和数据面板。控制面板包含基础组件，确保和其他组件之间的正确交互。在当前的1.0版本里，控制面板有三个组件：Pilot，Mixer和Citadel。这里不讨论Citadel，因为在生成证书来进行服务间的双向TLS通信时才需要它。我们先了解一下Pilot和Mixer的设计和目标。

Pilot是主要的控制组件，它负责分发集群内的所有信息——服务，它们的端点以及路由规则（比如，金丝雀发布规则或者断流器规则）。

Mixer是可选的控制面板组件，它负责收集指标、日志以及其他网络交互的信息。它还监控是否符合策略规则以及是否符合速率限制。

数据面板的组件使用sidecar代理容器来实现。默认使用强大的代理服务器Envoy[2]。为了确保Istio对于应用来说是彻底透明的，这里使用了自动注入系统。最新的实现支持Kubernetes 1.9或更新版本（mutational admission webhook）。对于Kubernetes 1.7，1.8版本，可以是用Initializer。

Sidecar容器通过GRPC协议连接Pilot，优化集群内变更的pushdown模型。Envoy从1.6版本就开始使用GRPC；Istio则从0.8版本开始使用，它是pilot-agent——Envoy之上GO的封装，用来配置启动参数。

Pilot和Mixer是纯粹的无状态组件，所有的状态都保存在应用程序的内存里。它们的配置由Kubernetes的Custom Resource定义，存储在etcd里。Istio-agent得到Pilot的地址，并打开GRPC连接。

正如我所说，Istio在对应用完全透明的前提下实现了所有功能。让我们一起看看是怎么实现的。算法原理如下：

我们部署服务的一个新版本。
取决于sidecar容器的注入类型，在配置阶段添加istio-init容器和istio-agent容器（Envoy），或者手动插入到Kubernetes实体的Pod描述里。
istio-init容器是一些脚本，为Pod设置iptables规则。有两种方式配置流量重定向到istio-agent容器里：使用直接的iptables规则或者TPROXY[2]。撰写本文时，默认使用的是重定向规则。在istio-init里，可以配置截获哪些流量并发送给istio-agent。比如，为了截获所有入站和出站流量，用户需要将参数 -i和 -b设置为 *。用户也可以指定截获特定端口的流量。为了避免截获特定子网的流量，可以使用 -x参数。
在init运行后，会启动容器，包括pilot-agent（Envoy）。它通过GRPC连接上已经部署的Pilot，得到集群内所有已有服务以及路由策略的信息。根据接收到的数据，它配置集群，将这些流量直接映射到Kubernetes集群里的应用程序端口。重要的地方是：Envoy动态配置监听器（IP，端口对）开始监听。因此，当请求进入Pod，并且使用iptables规则重定向到sidecar时，Envoy已经准备好处理这些连接，并且知道将这些代理流量转发到哪里去。这一步里，信息发送给Mixer，下文会详细介绍。

最终，我们得到Envoy代理服务器的所有网络，可以从一点（Pilot）完成配置。最终，所有inbound和outbound请求都会通过Envoy。更为重要的是，只截获TCP流量。这意味着仍旧是使用UDP上的kube-dns来解析Kubernetes服务IP，这点没有变化。然后，在resolver之后，outbound请求被envoy截获并处理，它决定请求发送到哪个端点（或者不发送，当访问策略禁止或者触发了断流算法时）。

现在我们已经熟悉了Pilot，接下来研究Mixer是怎么工作的，以及为什么我们需要Mixer。Mixer的官方文档在这里[3]。

Mixer有两个组件：istio-telemetry，isito-policy（0.8版本之前使用单个组件istio-mixer）。它们都是Mixer。Istio telemetry接收sidecar容器的GPRC，并且汇报服务交互和参数信息。Istio-policy接收到检查请求，确保满足Policy规则。这些策略检查在客户端（sidecar里）缓存一段时间。报告检查是批量发送的。这里介绍怎么配置以及需要设置哪些参数。

Mixer应该是高可用组件，提供telemetry数据的不间断收集和处理。整个系统是一个多层缓存器。最初，数据缓存在容器的sidecar里，然后在Mixer，最终发送到Mixer后台。因此，如果任意系统组件发生故障，buffer会增长，之后当系统恢复时，会flush。Mixer后台是发送telemetry数据的端点：statsd，newrelic等等。编写自定义后台很简单，之后我会给大家介绍。

总结一下，使用istio-telemetry的工作流如下：

服务1发送请求给服务2
在已有的服务1里，请求重定向到sidecar
Sidecar Envoy监控到给服务2的请求，并准备所需信息
然后它使用Report请求发送给istio-telemetry。
Istio-telemetry决定是否将Report发送给后台，这里也负责发送请求以及请求内容。

现在看看如何搭建包含两大基础组件Pilot和sidecar envoy的Istio系统。如下是Pilot读取的基础配置（Mesh）：

 
   
   
 
  
    
    
  apiVersion: v1
  
    
    
  kind: ConfigMap
  
    
    
  metadata:
  
    
    
   name: istio
  
    
    
   namespace: istio-system
  
    
    
   labels:
  
    
    
   app: istio
  
    
    
   service: istio
  
    
    
  data:
  
    
    
   mesh: |-
  
    
    
  # disable tracing mechanism for now
  
    
    
   enableTracing: false
  
    
    
  # do not specify mixer endpoints, so that sidecar containers do not send the information
  
    
    
   #mixerCheckServer: istio-policy.istio-system:15004
  
    
    
   #mixerReportServer: istio-telemetry.istio-system:15004
  
    
    
  # interval for envoy to check Pilot
  
    
    
   rdsRefreshDelay: 5s
  
    
    
  # default config for envoy sidecar
  
    
    
   defaultConfig:
  
    
    
   # like rdsRefreshDelay
  
    
    
   discoveryRefreshDelay: 5s
  
    
    
  # path to envoy executable
  
    
    
   configPath: "/etc/istio/proxy"
  
    
    
   binaryPath: "/usr/local/bin/envoy"
  
    
    
  # default name for sidecar container
  
    
    
   serviceCluster: istio-proxy
  
    
    
  # time for envoy to wait before it shuts down all existing connections
  
    
    
   drainDuration: 45s
  
    
    
   parentShutdownDuration: 1m0s
  
    
    
  # by default, REDIRECT rule for iptables is used. TPROXY can be used as well.
  
    
    
   #interceptionMode: REDIRECT
  
    
    
  # port for sidecar container admin panel
  
    
    
   proxyAdminPort: 15000
  
    
    
  # address for sending traces using zipkin protocol (not used as turned off in enableTracing option)
  
    
    
   zipkinAddress: tracing-collector.tracing:9411
  
    
    
  # statsd address for envoy containers metrics
  
    
    
   # statsdUdpAddress: aggregator:8126
  
    
    
  # turn off Mutual TLS
  
    
    
   controlPlaneAuthPolicy: NONE
  
    
    
  # istio-pilot listen port to report service discovery information to sidecars
  
    
    
   discoveryAddress: istio-pilot.istio-system:15007

让我们将所有主要控制组件（控制面板）放到Kubernetes的istio-system命名空间里。

最小的配置仅仅要求Pilot的部署。我们使用如下配置[4]。并且手动配置sidecar容器的注入。

Init容器配置：

 
   
   
 
  
    
    
  initContainers:
  
    
    
   - name: istio-init
  
    
    
   args:
  
    
    
   - -p
  
    
    
   - "15001"
  
    
    
   - -u
  
    
    
   - "1337"
  
    
    
   - -m
  
    
    
   - REDIRECT
  
    
    
   - -i
  
    
    
   - '*'
  
    
    
   - -b
  
    
    
   - '*'
  
    
    
   - -d
  
    
    
   - ""
  
    
    
   image: istio/proxy_init:1.0.0
  
    
    
   imagePullPolicy: IfNotPresent
  
    
    
   resources:
  
    
    
   limits:
  
    
    
   memory: 128Mi
  
    
    
   securityContext:
  
    
    
   capabilities:
  
    
    
   add:
  
    
    
   - NET_ADMIN

Sidecar配置：

 
   
   
 
  
    
    
   - name: istio-proxy
  
    
    
   command:
  
    
    
   - "bash"
  
    
    
   - "-c"
  
    
    
   - |
  
    
    
   exec /usr/local/bin/pilot-agent proxy sidecar 
  
    
    
   --configPath 
  
    
    
   /etc/istio/proxy 
  
    
    
   --binaryPath 
  
    
    
   /usr/local/bin/envoy 
  
    
    
   --serviceCluster 
  
    
    
   service-name 
  
    
    
   --drainDuration 
  
    
    
   45s 
  
    
    
   --parentShutdownDuration 
  
    
    
   1m0s 
  
    
    
   --discoveryAddress 
  
    
    
   istio-pilot.istio-system:15007 
  
    
    
   --discoveryRefreshDelay 
  
    
    
   1s 
  
    
    
   --connectTimeout 
  
    
    
   10s 
  
    
    
   --proxyAdminPort 
  
    
    
   "15000" 
  
    
    
   --controlPlaneAuthPolicy 
  
    
    
   NONE
  
    
    
   env:
  
    
    
   - name: POD_NAME
  
    
    
   valueFrom:
  
    
    
   fieldRef:
  
    
    
   fieldPath: metadata.name
  
    
    
   - name: POD_NAMESPACE
  
    
    
   valueFrom:
  
    
    
   fieldRef:
  
    
    
   fieldPath: metadata.namespace
  
    
    
   - name: INSTANCE_IP
  
    
    
   valueFrom:
  
    
    
   fieldRef:
  
    
    
   fieldPath: status.podIP
  
    
    
   - name: ISTIO_META_POD_NAME
  
    
    
   valueFrom:
  
    
    
   fieldRef:
  
    
    
   fieldPath: metadata.name
  
    
    
   - name: ISTIO_META_INTERCEPTION_MODE
  
    
    
   value: REDIRECT
  
    
    
   image: istio/proxyv2:1.0.0
  
    
    
   imagePullPolicy: IfNotPresent
  
    
    
   resources:
  
    
    
   requests:
  
    
    
   cpu: 100m
  
    
    
   memory: 128Mi
  
    
    
   limits:
  
    
    
   memory: 2048Mi
  
    
    
   securityContext:
  
    
    
   privileged: false
  
    
    
   readOnlyRootFilesystem: true
  
    
    
   runAsUser: 1337
  
    
    
   volumeMounts:
  
    
    
   - mountPath: /etc/istio/proxy
  
    
    
   name: istio-envoy

为了成功部署，需要为Pilot创建ServiceAccount，ClusterRole，ClusterRoleBinding，CRD；更多详细信息在这里[6]。之后，带有注入的sidecar和Envoy的服务就启动了，会从Pilot获取所有数据并且处理请求。

最重要的一点是所有控制面板组件都是无状态的应用程序，都可以轻松地水平扩展。所有数据都以Kubernetes资源的自定义描述存储在etcd里。

此外，也可以在集群外运行Istio（实验用途），并且在几个Kubernetes集群之间监控并共享服务发现。更多的相关信息在这里[7]。在多集群安装里，要考虑到如下限制：

CIDR Pod和Service CIDR必须在所有集群里都是唯一的，不能重叠。
集群间的任意Pod CIDR必须能够访问所有CIDR Pod。
所有Kubernetes API server都必须能够相互访问。

本文让你开始了解Istio。但是，后续文章会接着讨论现有的问题。我们会讨论外部流量路由的特性，探讨最常见的sidecar debug和Profile的方法。最终，我们会创建跟踪系统并且仔细介绍它和Envoy是如何交互的。