通俗易懂地介绍跨语言微服务框架 Istio

Posted 2021-04-13 OSC开源社区

链接：

https://my.oschina.net/wenzhenxi/blog/2873131

微服务的概念已经在各大公司实践开了，以Java为代表的spring boot成为了微服务的代表，K8S+Docker成为了微服务运行的最佳环境，微服务的概念已经离我们没有那么遥远了。

当然微服务是复杂的，除了组件繁多还需要代码做出很多改造才能享受到它带来的优势，那么有没有一种方式可以不需要太多代码改动就能够在多种不同的开发语言中灵活使用呢?

基于服务网格Istio就诞生了,拨云见日我们今天就来一同学习了解微服务和Istio相关的知识.

附上:

喵了个咪的博客:w-blog.cn

• https://preliminary.istio.io/zh

Istio中文文档:

• https://preliminary.istio.io/zh/docs/

PS : 此处基于当前最新istio版本1.0.3版本进行搭建和演示，不同的版本各种细节会有些许不同！

一. 微服务

在开始讲解Istio之前我们需要先了解微服务的概念，以及在微服务管理中常常需要使用到的一些列的组件：

• 负载均衡：服务提供方一般以多实例的形式提供服务，负载均衡功能能够让服务调用方连接到合适的服务节点。并且，节点选择的工作对服务调用方来说是透明的。

• 服务网关：服务网关是服务调用的唯一入口，可以在这个组件是实现用户鉴权、动态路由、灰度发布、A/B 测试、负载限流等功能。

• 配置中心：将本地化的配置信息（properties, xml, yaml 等）注册到配置中心，实现程序包在开发、测试、生产环境的无差别性，方便程序包的迁移。

• API 管理：以方便的形式编写及更新 API 文档，并以方便的形式供调用者查看和测试。

• 集成框架：微服务组件都以职责单一的程序包对外提供服务，集成框架以配置的形式将所有微服务组件（特别是管理端组件）集成到统一的界面框架下，让用户能够在统一的界面中使用系统。

• 分布式事务：对于重要的业务，需要通过分布式事务技术（TCC、高可用消息服务、最大努力通知）保证数据的一致性。

• 调用链：记录完成一个业务逻辑时调用到的微服务，并将这种串行或并行的调用关系展示出来。在系统出错时，可以方便地找到出错点。

• 支撑平台：系统微服务化后，系统变得更加碎片化，系统的部署、运维、监控等都比单体架构更加复杂，那么，就需要将大部分的工作自动化。现在，可以通过 Docker 等工具来中和这些微服务架构带来的弊端。 例如持续集成、蓝绿发布、健康检查、性能健康等等。严重点，以我们两年的实践经验，可以这么说，如果没有合适的支撑平台或工具，就不要使用微服务架构。

微服务架构的优点：

• 降低系统复杂度：每个服务都比较简单，只关注于一个业务功能。

• 松耦合：微服务架构方式是松耦合的，每个微服务可由不同团队独立开发，互不影响。

• 跨语言：只要符合服务 API 契约，开发人员可以自由选择开发技术。这就意味着开发人员可以采用新技术编写或重构服务，由于服务相对较小，所以这并不会对整体应用造成太大影响。

• 独立部署：微服务架构可以使每个微服务独立部署。开发人员无需协调对服务升级或更改的部署。这些更改可以在测试通过后立即部署。所以微服务架构也使得 CI／CD 成为可能。

• Docker 容器：和 Docker 容器结合的更好。

• DDD 领域驱动设计：和 DDD 的概念契合，结合开发会更好。

微服务架构的缺点：

• 微服务强调了服务大小，但实际上这并没有一个统一的标准：业务逻辑应该按照什么规则划分为微服务，这本身就是一个经验工程。有些开发者主张 10-100 行代码就应该建立一个微服务。虽然建立小型服务是微服务架构崇尚的，但要记住，微服务是达到目的的手段，而不是目标。微服务的目标是充分分解应用程序，以促进敏捷开发和持续集成部署。

• 微服务的分布式特点带来的复杂性：开发人员需要基于 RPC 或者消息实现微服务之间的调用和通信，而这就使得服务之间的发现、服务调用链的跟踪和质量问题变得的相当棘手。

• 分区的数据库体系和分布式事务：更新多个业务实体的业务交易相当普遍，不同服务可能拥有不同的数据库。CAP 原理的约束，使得我们不得不放弃传统的强一致性，而转而追求最终一致性，这个对开发人员来说是一个挑战。

• 测试挑战：传统的单体WEB应用只需测试单一的 REST API 即可，而对微服务进行测试，需要启动它依赖的所有其他服务。这种复杂性不可低估。

• 跨多个服务的更改：比如在传统单体应用中，若有 A、B、C 三个服务需要更改，A 依赖 B，B 依赖 C。我们只需更改相应的模块，然后一次性部署即可。但是在微服务架构中，我们需要仔细规划和协调每个服务的变更部署。我们需要先更新 C，然后更新 B，最后更新 A。

总的来说（问题和挑战）：API Gateway、服务间调用、服务发现、服务容错、服务部署、数据调用以及测试。

二, 服务网格

第二点我们需要了解的是服务网格，Istio 提供了一个完整的解决方案，通过为整个服务网格提供行为洞察和操作控制来满足微服务应用程序的多样化需求，Service Mesh这个术语通常用于描述构成这些应用程序的微服务网络以及应用之间的交互。

随着规模和复杂性的增长，服务网格越来越难以理解和管理。它的需求包括服务发现、负载均衡、故障恢复、指标收集和监控以及通常更加复杂的运维需求，例如 A/B 测试、金丝雀发布、限流、访问控制和端到端认证等。

2017 年底，非侵入式的 Service Mesh 技术从萌芽到走向了成熟。如果用一句话来解释什么是 Service Mesh，可以将它比作是应用程序或者说微服务间的 TCP/IP，负责服务之间的网络调用、限流、熔断和监控。对于编写应用程序来说一般无须关心 TCP/IP 这一层（比如通过 HTTP 协议的 RESTful 应用），同样使用 Service Mesh 也就无须关系服务之间的那些原来是通过应用程序或者其他框架实现的事情，比如 Spring Cloud、OSS，现在只要交给 Service Mesh 就可以了。

Service Mesh 的来龙去脉：

• 从最原始的主机之间直接使用网线相连

• 网络层的出现

• 集成到应用程序内部的控制流

• 分解到应用程序外部的控制流

• 应用程序的中集成服务发现和断路器

• 出现了专门用于服务发现和断路器的软件包/库，如 Twitter 的 Finagle 和 Facebook 的 Proxygen，这时候还是集成在应用程序内部

• 出现了专门用于服务发现和断路器的开源软件，如 Netflix OSS、Airbnb 的 synapse 和 nerve

• 最后作为微服务的中间层 Service Mesh 出现

Service Mesh 有如下几个特点：

• 应用程序间通讯的中间层

• 轻量级网络代理

• 应用程序无感知

• 解耦应用程序的重试/超时、监控、追踪和服务发现

Service Mesh 架构图：

关于微服务和服务网格的区别，我的一些理解：微服务更像是一个服务之间的生态，专注于服务治理等方面，而服务网格更专注于服务之间的通信，以及和 DevOps 更好的结合。

三. Istio

最终万众期待的Istio诞生了，Istio于 2017 年 5 月 24 日首发布，由 Google、IBM 和 Lyft 联合开发，就在前不久2018年8月份1.0正式版本已经发布，简单一句概况就是Istio 允许您连接、保护、控制和观测服务。

连接

• 智能控制服务之间的流量和 API 调用，进行一系列测试，并通过红/黑部署逐步升级。

保护

• 通过托管身份验证、授权和服务之间通信加密自动保护您的服务。

控制

• 应用策略并确保其执行使得资源在消费者之间公平分配。

观测

• 通过丰富的自动跟踪、监控和记录所有服务，了解正在发生的情况。

PS: 以下内容来自官网文档

Istio 服务网格逻辑上分为数据平面和控制平面。

数据平面由一组以 sidecar 方式部署的智能代理（Envoy）组成。这些代理可以调节和控制微服务及 Mixer 之间所有的网络通信。 控制平面负责管理和配置代理来路由流量。此外控制平面配置 Mixer 以实施策略和收集遥测数据。

下图显示了构成每个面板的不同组件：

Envoy

Istio 使用 Envoy 代理的扩展版本，Envoy 是以 C++ 开发的高性能代理，用于调解服务网格中所有服务的所有入站和出站流量。Envoy 的许多内置功能被 istio 发扬光大，例如：

• 动态服务发现

• 负载均衡

• TLS 终止

• HTTP/2 & gRPC 代理

• 熔断器

• 健康检查、基于百分比流量拆分的灰度发布

• 故障注入

• 丰富的度量指标

Envoy 被部署为 sidecar，和对应服务在同一个 Kubernetes pod 中。这允许 Istio 将大量关于流量行为的信号作为属性提取出来，而这些属性又可以在 Mixer 中用于执行策略决策，并发送给监控系统，以提供整个网格行为的信息。

Sidecar 代理模型还可以将 Istio 的功能添加到现有部署中，而无需重新构建或重写代码。可以阅读更多来了解为什么我们在设计目标中选择这种方式。

Mixer

Mixer 是一个独立于平台的组件，负责在服务网格上执行访问控制和使用策略，并从 Envoy 代理和其他服务收集遥测数据。代理提取请求级属性，发送到 Mixer 进行评估。有关属性提取和策略评估的更多信息，请参见 Mixer 配置。

Mixer 中包括一个灵活的插件模型，使其能够接入到各种主机环境和基础设施后端，从这些细节中抽象出 Envoy 代理和 Istio 管理的服务。

Pilot

Pilot 为 Envoy sidecar 提供服务发现功能，为智能路由（例如 A/B 测试、金丝雀部署等）和弹性（超时、重试、熔断器等）提供流量管理功能。它将控制流量行为的高级路由规则转换为特定于 Envoy 的配置，并在运行时将它们传播到 sidecar。

Pilot 将平台特定的服务发现机制抽象化并将其合成为符合 Envoy 数据平面 API 的任何 sidecar 都可以使用的标准格式。这种松散耦合使得 Istio 能够在多种环境下运行（例如，Kubernetes、Consul、Nomad），同时保持用于流量管理的相同操作界面。

Citadel

Citadel 通过内置身份和凭证管理可以提供强大的服务间和最终用户身份验证。可用于升级服务网格中未加密的流量，并为运维人员提供基于服务标识而不是网络控制的强制执行策略的能力。从 0.5 版本开始，Istio 支持基于角色的访问控制，以控制谁可以访问您的服务。

四. 服务监控链路监控

Istio结合了链路监控和服务监控,对于K8S状态监控也自然而然也在其中

zipkin + jaeger 来对zipkin的数据进行更加友好的展示

. 

PS : 需要实现链路监控需要代码中做出基础的适配

prometheus + grafana 来对prometheus获取的数据进行展示监控报警配置

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