【从小白到专家】Istio技术实践专题(二):Istio 核心组件介绍

上一篇文章中,我们讲到Istio的基本概念、架构基础。Istio 作为 Service Mesh 领域的集大成者, 提供了流控、安全、遥测等模型,其功能复杂,模块众多,本篇文章会对Istio 1.3.5 的各组件进行分析,帮助大家了解Istio各组件的职责、以及相互的协作关系。

Istio架构回顾

•数据平面:

数据平面由一组 sidecar 的代理(Envoy)组成。这些代理调解和控制微服务之间的所有网络通信,并且与控制平面的 pilot通讯,接受调度策略。

•控制平面:

控制平面通过管理和配置 Envoy 来管理流量。此外,控制平面pilot下发xds规则来实施路由策略,mixer收集检测到的监控数据。

虽然Istio 支持多个平台, 但将其与 Kubernetes 结合使用,其优势会更大, Istio 对Kubernetes 平台支持也是最完善的, 本文将基于Istio + Kubernetes 进行展开。

下面就来介绍Istio 架构中每个组件的功能及工作方式。

Istio核心组件

•Sidecar ( 在 Istio 中,默认的 Sidecar 是 Envoy )

Envoy 是使用 C++ 开发的高性能代理,用于调解服务网格中所有服务的入站和出站流量。在 Istio 中,Envoy 被用于 Sidecar ,和对应的应用服务部署在同一个 Kubernetes 的 Pod 中。

Envoy 调解所有出入应用服务的流量。所有经过 Envoy 的流量行为都会调用 Mixer(只是report功能,check功能可以通过配置关闭),为Mixer 提供一组描述请求和请求周围环境的 Attribute 。根据 Envoy 的配置和 Attribute,Mixer 会调用各种后台的基础设施资源。而这些 Attribute 又可以在 Mixer 中用于决策使用何种策略,并发送给监控系统,以提供整个网格行为的信息。

•Pilot

Pilot 为 Sidecar 提供“服务发现”功能,并管理高级路由( 如 A/B 测试和金丝雀部署 )和故障处理( 超时、重试、熔断器等 )的流量。Pilot 将这些“高级”的流量行为转换为详尽的 Sidecar (即 Envoy) 配置项,并在运行时将它们配置到 Sidecar 中。

Pilot 将服务发现机制提炼为供数据面使用的 API ,即任何 Sidecar 都可以使用的标准格式。这种松耦合的设计模式使 Istio 能在多种环境( Kubernetes、Consul 和 Nomad )下运行,同时保持用于流量管理操作的相同。

除了服务发现, Pilot 更重要的一个功能是向数据面下发规则,包括VirtualService 、DestinationRule 、Gateway 、ServiceEntry 等流量治理规则,也包括认证授权等安全规则。Pilot 负责将各种规则转换成Envoy 可识别的格式,通过标准的XDS 协议发送给Envoy,指导Envoy 完成功作。在通信上, Envoy 通过gRPC 流式订阅Pilot 的配置资源。如下图所示, Pilot 将VirtualService 表达的路由规则分发到Evnoy 上, Envoy 根据该路由规则进行流量转发。

•Mixer

Mixer 是一个独立于平台的组件,通过从 Sidecar 和一些其他服务处收集数据,进而在整个 Service Mesh 上控制访问和执行策略。Sidecar 请求级别的 Attribute 被发送到 Mixer 进行评估。

Mixer 中还包括一个灵活的插件,使其能接入各种主机环境和基础设施的后段,并得到 Sidecar 代理和 Istio 所管理的服务。

Mixer 的设计具有以下特点:

◦无状态:Mixer 本身是无状态的,它没有持久化存储的管理功能。

◦高可用:Mixer 被设计成高度可用的组件,任何单独的 Mixer 实例实现 > 99.999% 的正常运行时间。

◦缓存和缓冲:Mixer 能够积累大量短暂的瞬间状态。

Mixer 是Istio 独有的一种设计,不同于Pilot ,在其他平台上总能找到类似功能的服务组件。从调用时机上来说,Pilot 管理的是配置数据,在配置改变时和数据面交互即可;然而,对于Mixer 来说,在服务间交互时Envoy 都会对Mixer 进行一次调用,因此这是一种实时管理。当然,在实现上通过在Mixer 和Proxy 上使用缓存机制,可保证不用每次进行数据面请求时都和Mixer 交互。

◦Istio-telemetry

Istio-telemetry是专门用于收集遥测数据的Mixer服务组件;如下图所示 所示,当网格中的两个服务间有调用发生时,服务的代理Envoy 就会上报遥测数据给Istio-telemetry服务组件,Istio-telemetry 服务组件则根据配置将生成访问Metric等数据分发给后端的遥测服务。数据面代理通过Report 接口上报数据时访问数据会被批量上报。

◦Istio-policy

Istio-policy 是另外一个Mixer 服务,和Istio-telemetry 基本上是完全相同的机制和流程。如图所示,数据面在转发服务的请求前调用Istio-policy 的Check接口检查是否允许访问, Mixer 根据配置将请求转发到对应的Adapter 做对应检查,给代理返回允许访问还是拒绝。可以对接如配额、授权、黑白名单等不同的控制后端,对服务间的访问进行可扩展的控制。

•Citadel

Citadel 通过内置身份和凭证管理提供“服务间”和“最终用户”身份验证。Citadel 可用于升级服务网格中未加密的流量,并能够为运维人员提供基于服务标识( 如 Kubernetes 中 Pod 的标签或版本号 )而不是网络层的强制执行策略。

Citadel 一直监听Kube-apiserver ,以Secret 的形式为每个服务都生成证书密钥,并在Pod 创建时挂载到Pod 上,代理容器使用这些文件来做服务身份认证,进而代理两端服务实现双向TLS认证、通道加密、访问授权等安全功能,这样用户就不用在代码里面维护证书密钥了。如下图所示,frontend 服务对forecast 服务的访问用到了HTTP 方式,通过配置即可对服务增加认证功能, 双方的Envoy 会建立双向认证的TLS 通道,从而在服务间启用双向认证的HTTPS 。

•Istio-galley

Istio-galley 并不直接向数据面提供业务能力,而是在控制面上向其他组件提供支持。Galley 作为负责配置管理的组件,验证配置信息的格式和内容的正确性,并将这些配置信息提供给管理面的Pilot和Mixer服务使用,这样其他管理面组件只用和Galley 打交道,从而与底层平台解耦。在新的版本中Galley的作用越来越核心。

•Istio-sidecar-injector

Istio-sidecar-injector 是负责向动注入的组件,只要开启了自动注入,在Pod 创建时就会自动调用Istio-sidecar-injector 向Pod 中注入Sidecar 容器。

在Kubernetes环境下,根据自动注入配置, Kube-apiserver 在拦截到Pod 创建的请求时,会调用自动注入服务Istio-sidecar-injector生成Sidecar 容器的描述并将其插入原Pod的定义中,这样,在创建的Pod 内除了包括业务容器,还包括Sidecar 容器。这个注入过程对用户透明,用户使用原方式创建工作负载。

•Istio-ingressgateway

Istio-ingressgateway 就是入口处的Gateway ,从网格外访问网格内的服务就是通过这个Gateway 进行的。Istio-ingressgateway 比较特别,是一个Loadbalancer 类型的Service,不同于其他服务组件只有一两个端口, Istio-ingressgateway 开放了一组端口,这些就是网格内服务的外部访问端口.如下图 所示,网格入口网关Istio-ingressgateway 的负载和网格内的Sidecar 是同样的执行体,也和网格内的其他Sidecar 一样从Pilot处接收流量规则并执行。。Istio 通过一个特有的资源对象Gateway 来配置对外的协议、端口等。

“从小白到专家Istio技术实践”专题系统讲述Istio基本概念、基础架构及在企业级云平台中的实践。对微服务治理感兴趣的企业决策者、技术调研者、架构师、开发人员、运维人员,欢迎持续关注!

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