开箱即用：在Kubernetes安装Istio使微服务变得更容易

Posted 2021-04-13 开源一线

本文记录了作者在Azure Kubernetes集群上安装istio的过程，以及对应用示例的操作。

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除非你是与世隔绝，否则你可能已经知道微服务架构模式在过去几年中迅速普及。这是由两方面来推动的，一方面是云部署服务越来越便利，另一方面是小团队首先期望专注于构建简单好用的子服务，然后才是构建应用程序。

总的来说，这样很好，但也导致了其他一些问题：

1、增加了API层面的安全问题。使用较小的服务，以及服务之间的许多依赖关系，必须有更多的端点以确保安全。复合(Compounding)是一种 “不信任”（“trust nothing”）安全模型的举措，包括内部网络，因此devops团队需要建立一种机制来验证正在与我交流的微服务是真实的。

2、需要监控更多的服务。监控是必须的，但是微服务架构模型又需要添加另一层监控。例如，当发现一个性能问题时，您现在不能判断是服务应用还是后端存储的问题。也可能，是由它所使用的任何依赖服务引起的。对服务延迟进行简单的监控是不够的，您还需要对服务使用的每个依赖关系进行度量。

3、流量管理问题。在多个团队不断发展的服务之间的互连的数量，意味着我们需要以多种方式管理它们之间的流量：在应用程序的不同版本之间切换流量、速率限制、回路阻断等，以防止依赖服务的级联故障。

Istio是CNCF赞助的一个项目，旨在解决这些问题。这篇博客文章将帮助您安装Istio，并演示如何对示例应用程序进行操作。

我将使用Azure做演示，但在本教程中所需的全部内容是RBAC启用的Kubernetes 1.9集群和MutatingAdmissionWebhook Admission Controller插件。如果您使用其他的云创建您的群集，可以跳过下一节。

Azure Kubernetes集群创建记录

对于ACS引擎（ACS Engine）的当前缺省值，必须重写默认的包含MutatingAdmissionWebhook的Admission Controllers插件，以便以后可以自动为服务注入sidecar容器。您可以在ACS引擎cluster.json中通过指定实现（参考Kubernetes1.9项目的部署建议）：

在Kubernetes集群上安装Istio

假设已有一个配置了RBAC的Kubernetes1.9集群。首先，获取最新版本的Istio，并添加其CLI工具istioctl到安装目录，可以参照网站上 安装步骤 的前四个步骤执行。

在写这篇文章时，helm chart还不能正常工作，所以不要走这条路。而是将项目解压后，用kubectl apply安装到项目的根目录：

$ kubectl apply -f install/kubernetes/istio-auth.yaml

你能看到istio的核心组件启动起来，最后得到一组pod，如下：

$ kubectl get pods -n istio-system

NAME                                      READY     STATUS    RESTARTS   AGE
istio-ca-797dfb66c5-5dc6f                 1/1       Running   0          2h
istio-ingress-84f75844c4-g666n            1/1       Running   0          2h
istio-mixer-9bf85fc68-l54vm               3/3       Running   0          2h
istio-pilot-575679c565-rkm82              2/2       Running   0          2h

安装自动的sidecar 注入

Istio的核心功能之一是代理服务间的所有流量。这使得它能够做非常有用的事情，比如端点之间的相互认证，在服务的当前/下一版本之间进行业务拆分，并度量请求的等待时间。

Istio在每一个服务pod中创建一个sidecar容器，通过拦截pod创建及执行这种注入来代理流量。

在 Istio项目页面上记录了如何自动注入。为了简洁，下面是用Istio root执行的一组命令来配置这个。首先为Kubernetes CA创建一组证书：

$ ./install/kubernetes/webhook-create-signed-cert.sh     
  --service istio-sidecar-injector     
  --namespace istio-system     
  --secret sidecar-injector-certs

接下来，安装sidecar注入配置图：
$ kubectl apply -f install/kubernetes/istio-sidecar-injector-configmap-release.yaml

然后，建立caBundle YAML文件，用于Kubernetes API服务器调用WebHook：

$ cat install/kubernetes/istio-sidecar-injector.yaml | 
    ./install/kubernetes/webhook-patch-ca-bundle.sh> 
    install/kubernetes/istio-sidecar-injector-with-ca-bundle.yaml

最后，安装sidecar injector webhook。
$ kubectl apply -f install/kubernetes/istio-sidecar-injector-with-ca-bundle.yaml

sidecar injector webhook现在可以运行了：

$ kubectl -n istio-system get deployment -listio=sidecar-injector

NAME                     DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE istio-sidecar-injector   1         1         1            1           1d 

安装已绑定的工具

默认情况下，Istio不会将其sidecar代理注入到应用程序pod中，而是需要引导它对特定的命名空间注入sidecar。现在我们为默认命名空间执行以下操作：
$ kubectl label namespace default istio-injection**=**enabled

Istio包括一个叫做BookInfo的应用程序示例，我们可以使用它来观察这种注入，以及Istio的其他功能。可以通过上面的链接了解这个应用程序的体系结构，然后安装它：
$ kubectl apply -f samples/bookinfo/kube/bookinfo.yaml

一旦创建了pod，你会发现它们不是通常的1/1，而是2/2：

$kubectl get pods

NAME                              READY     STATUS    RESTARTS   AGE
details-v1-64b86cd49-8tn9p        2/2       Running   0          15s
productpage-v1-84f77f8747-6dh6l   2/2       Running   0          13s
ratings-v1-5f46655b57-bpwkb       2/2       Running   0          14s
reviews-v1-ff6bdb95b-m8f6f        2/2       Running   0          14s
reviews-v2-5799558d68-8t7h8       2/2       Running   0          14s
reviews-v3-58ff7d665b-2hfx2       2/2       Running   0          13s

这表明Istio已经将一个sidecar容器注入到它们中的每一个，它们将对我们前面提到的流量进行代理。执行describe可以查看一个pod的描述（你的pod id可能有所不同）：

$ kubectl describe pod reviews-v1-ff6bdb95b-m8f6f

输出包括两个容器，reviews容器和istio-proxy容器。

可以通过查找Istio的入口控制器的公共IP来查看该应用程序的运行情况：

$ kubectl get services -n istio-system | grep istio-ingress istio-ingress            LoadBalancer   10.0.58.79     13.68.135.154   80:32552/TCP,443:31324/TCP                                         3h

打开http://13.68.135.154/productpage（需要换成自己的ip）并刷新，会发现有三个版本的应用程序（没有星、红星和黑星）正在负载均衡。

Istio可视化工具

Istio还捆绑了一些非常有用的工具，用于服务网格的管理、调试和可视化。其中第一个是Grafana和Prometheus，它们是用Istio仪表板预先配置的。

在0.5.1版本中，在yaml定义中有一个Prometheus命名空间的bug。编辑install/kubernetes/addons/prometheus.yaml，查找ServiceAccount。确保它的定义开始部分如下，如果缺少命名空间就加上它（这在主机中是固定的。该问题在最近的版本中已被解决，所以如果它看起来像下面的话就可以忽略）

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
name: prometheus
namespace: istio-system

这样，您就可以安装所有这些工具了：

$ kubectl apply -f install/kubernetes/addons/prometheus.yaml
$ kubectl apply -f install/kubernetes/addons/grafana.yaml
$ kubectl apply -f install/kubernetes/addons/servicegraph.yaml
$ kubectl apply -f install/kubernetes/addons/zipkin.yaml

一旦启动起来，就应该让这些pod在集群中运行：

$kubectl get pods -n istio-system

NAME                                      READY     STATUS    RESTARTS   AGE
grafana-648859cf87-gpjmw                  1/1       Running   0          2h
istio-ca-797dfb66c5-5dc6f                 1/1       Running   0          3h
istio-ingress-84f75844c4-g666n            1/1       Running   0          3h
istio-mixer-9bf85fc68-l54vm               3/3       Running   0          3h
istio-pilot-575679c565-rkm82              2/2       Running   0          3h
istio-sidecar-injector-7b559f7f6f-btzr9   1/1       Running   0          2h
prometheus-cf8456855-f2q2r                1/1       Running   0          2h
servicegraph-7ff6c499cc-wm7r2             1/1       Running   0          2h
zipkin-7988c559b7-hsw7x                   1/1       Running   0          2h

然后，我们可以通过端口的port-forward命令连接到Grafana前端：

$ exportGRAFANAPOD=$(kubectl get pods -n istio-system | grep "grafana" | awk '{print $1}')
$ kubectl port-forward $GRAFANAPOD -n istio-system 3000:3000

通过浏览器打开http://localhost:3000。

Grafana预先配置了多个仪表板，下面这个用来监视Mixer，Istio的组件之一。

如果您最近点击了图书信息应用程序，您会在输入请求图中看到您的请求。还可以通过可视化看到应用程序的服务如何使用Service Graph进行通信。

$ export SERVICEGRAphpOD=$(kubectl get pods -n istio-system | grep "servicegraph" | awk '{print $1}')
$ kubectl port-forward $SERVICEGRAPHPOD -n istio-system 8088:8088

在点击多个图书信息页面后，打开http://localhost:8088/dotviz可以看到服务之间的所有互连：

您还可以使用Zipkin查看延迟分解图：

$ export ZIPKINPOD=$(kubectl get pods -n istio-system | grep "zipkin" | awk '{print $1}') 
$ kubectl port-forward $ZIPKINPOD -n istio-system 9411:9411  

打开http://localhost:9411，您可以点击一个产品页面请求，看看哪些服务组件导致整个延迟：

有关这些工具的详细信息可以参考Istio项目文档https://istio.io/docs/tasks/telemetry/。

Istio流量管理工具

Istio工具的核心在于其流量管理功能。请参照链接https://istio.io/docs/tasks/traffic-management/，这些文档能够非常清楚地描述如何使用这些工具，并通过这些工具来管理集群中服务之间的通信来解决诸如回路阻断、请求路由、入口和错误注入等。