转载

Kubernetes Istio微服务架构部署和使用

什么是Istio

Istio是Service Mesh（服务网格）的主流实现方案。该方案降低了与微服务架构相关的复杂性，并提供了负载均衡、服务发现、流量管理、断路器、监控、故障注入和智能路由等功能特性。

其中，Sidecar模式是一种将应用功能从应用本身剥离出来作为单独进程的方式。该模式允许我们向应用无侵入添加多种功能，避免了为满足第三方组件需求而向应用添加额外的配置代码。从某种意义上来说，服务对于网络是无感知的，只知道所附加的sidecar代理，它将网络依赖抽象成了Sidecar。

在Service Mesh中，我们需要了解Data Plane和Control Plane两个概念：

Data Plane：作用是处理网格内服务间的通信，并完成服务发现、负载均衡、流量管理、健康检查等功能；
Control Plane：作用是管理和配置智能代理用于路由流量，同时配置Mixers来应用策略、收集指标。

Istio核心组件：

Envoy：Istio 使用 Envoy调解服务网格中所有服务的入站和出站流量。属于数据平面。
Mixer：负责在服务网格上执行访问控制和使用策略，以及收集从Envoy和其他服务自动监控到的数据。
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。属于控制平面。
Citadel：提供访问控制和用户身份认证功能。

Istio可视化管理组件：

Vistio：用于近乎实时地监控应用程序和集群之间的网络流量。可以参考： https://www.yangcs.net/posts/v ... eral/
Kiali：提供可视化服务网格拓扑、断路器和请求率等功能。Kiali还包括 Jaeger Tracing，可以提供开箱即用的分布式跟踪功能。可以参考： https://jimmysong.io/istio-han ... .html
Jaeger：用于展示Istio微服务调用链关系，以及微服务工作状态监测。注意，在生产环境中，你应当使用Elasticsearch或Cassandra持久化存储Jaeger数据。可以参考： https://blog.csdn.net/ywq935/a ... 99297
https://mathspanda.github.io/2 ... ploy/
https://blog.frognew.com/2017/ ... .html

其中，Kiali、Jaeger、Prometheus、Grafana管理工具，将和Istio一并部署。如果你想和更多Istio技术专家交流，可以加我微信liyingjiese，备注『加群』。群里每周都有全球各大公司的最佳实践以及行业最新动态。

使用Helm部署Istio

依赖环境：

Helm > 2.10
Kubernetes > 1.9

下载并解压缩istio的发布包

wget https://github.com/istio/istio/releases/download/1.0.6/istio-1.0.6-linux.tar.gz

tar -zxvf istio-1.0.6-linux.tar.gz

cd istio-1.0.6

Istio的Chart在istio-1.0.6/install/kubernetes/helm目录中，这个Chart包含了下面的代码文件。

# tree install/kubernetes/helm/istio

......

......

31 directories, 139 files

如果安装的Helm版本高于2.10，就不再需要手动使用kubectl安装Istio的CRD。反之，则需要执行如下命令安装。

kubectl apply -f install/kubernetes/helm/istio/templates/crds.yaml

查看安装的CRD。

kubectl get CustomResourceDefinition

通过各个组件在vaule file的enabled flag启用或禁用，下面创建名称为istio.yaml的vaule file，将几个默认禁用的组件也启用。

tracing:

enabled: true

servicegraph:

enabled: true

kiali:

enabled: true

grafana:

enabled: true

首先，创建名称为kiali的secret。

# echo -n 'admin' | base64

YWRtaW4=

# echo -n '1f2d1e2e67df' | base64

MWYyZDFlMmU2N2Rm

# cat <<EOF | kubectl apply -f -

apiVersion: v1

kind: Secret

metadata:

name: kiali

namespace: istio-system

labels:

app: kiali

type: Opaque

data:

username: YWRtaW4=

passphrase: MWYyZDFlMmU2N2Rm

EOF

执行helm安装命令。

helm install install/kubernetes/helm/istio --name istio --namespace istio-system -f istio.yaml

安装完成后确认各个组件的Pod正常运行。

# kubectl get pod -n istio-system

NAME                                      READY   STATUS      RESTARTS   AGE

grafana-59b8896965-5f9j2                  1/1     Running     0          23m

istio-citadel-6f444d9999-s9jrc            1/1     Running     0          23m

istio-egressgateway-6d79447874-ssbc4      1/1     Running     0          23m

istio-galley-685bb48846-mvf5w             1/1     Running     0          23m

istio-grafana-post-install-6m256          0/1     Completed   0          23m

istio-ingressgateway-5b64fffc9f-mrl9t     1/1     Running     0          23m

istio-pilot-8645f5655b-k6fcz              2/2     Running     0          23m

istio-policy-547d64b8d7-6dgkp             2/2     Running     0          23m

istio-sidecar-injector-5d8dd9448d-zfdsb   1/1     Running     0          23m

istio-telemetry-c5488fc49-qwwcv           2/2     Running     0          23m

istio-tracing-6b994895fd-4vjfx            1/1     Running     0          23m

kiali-5f9ffff7cf-jqk8p                    1/1     Running     0          23m

prometheus-76b7745b64-xjzmm               1/1     Running     0          23m

servicegraph-cb9b94c-mlhjm                1/1     Running     0          23m

Istio以一个项目的形式部署到Kubernetes集群中。我们可以看到，部署好的Pod中，除了有istio-citadel、istio-egressgateway、istio-ingressgateway、istio-pilot等Istio本身的功能组件，还集成了微服务相关的监控工具，如：Grafana、jaeger-agent、kiali、Prometheus。正是这些功能丰富且强大的监控工具，帮助Istio实现了微服务的可视化管理。

运行示例Bookinfo

您可以部署自己的应用或者示例应用程序如Bookinfo。注意：应用程序必须使用HTTP/1.1或HTTP/2.0协议来传递HTTP流量，因为HTTP/1.0已经不再支持。

如果运行Pod的namespace被标记为istio-injection=enabled的话，Istio-Initializer会向应用程序的Pod中自动注入Envoy容器：

kubectl label namespace <namespace> istio-injection=enabled

kubectl create -n <namespace> -f <your-app-spec>.yaml

如果您没有安装Istio-initializer-injector的话，您必须使用istioctl kube-inject命令在部署应用之前向应用程序的Pod中手动注入Envoy容器：

kubectl create -f <(istioctl kube-inject -f <your-app-spec>.yaml)

Bookinfo应用由四个单独的微服务构成，用来演示多种Istio特性，包含：

productpage：productpage微服务会调用details和reviews两个微服务，用来生成页面。
details：这个微服务包含了书籍的信息。
reviews：这个微服务包含了书籍相关的评论。它还会调用ratings微服务。
ratings：ratings微服务中包含了由书籍评价组成的评级信息。

reviews微服务有 3 个版本：

v1版本不会调用ratings服务。
v2版本会调用ratings服务，并使用1到5个黑色星形图标来显示评分信息。
v3 版本会调用ratings服务，并使用1到5个红色星形图标来显示评分信息。

下图展示了这个应用的端到端架构。

Kubernetes Istio微服务架构部署和使用

运行示例bookinfo，并开启Sidecar自动注入。

# kubectl label namespace default istio-injection=enabled

# kubectl apply -f samples/bookinfo/platform/kube/bookinfo.yaml

# kubectl apply -f samples/bookinfo/networking/bookinfo-gateway.yaml

# kubectl apply -f samples/bookinfo/platform/consul/destination-rule-all.yaml

访问productpage： http://172.16.0.180:31380/productpage

Kubernetes Istio微服务架构部署和使用

31380端口可以通过命令获取：

kubectl -n istio-system get svc istio-ingressgateway -o jsonpath='{.spec.ports[0].nodePort}'

使用Ingress暴露管理服务

完成Istio的安装后，可以看到安装的组件除了Istio架构中的数据平面和控制平面的各个核心组件，还部署了Prometheus、Grafana、Jaeger、Kiali等辅助组件。在云原生生态中，我们已经对这些组件很熟悉了。

Prometheus：监控系统，收集Istio的监控数据
Grafana：监控信息的图表展现，Istio部署的Grafana为我们内置了各个组件相关的Dashboard
Jaeger：分布式跟踪系统，Istio中集成Jaeger可以对基于Istio的微服务实现调用链跟踪、依赖分析，为性能优化和故障排查提供支持
kiali：kiali作为Istio的可视化管理工具，可以认为是Istio的UI，可以展现服务的网络拓扑、服务的容错情况(超时、重试、短路等)、分布式跟踪等

这些辅助组件都有自己的web界面，这里我们使用ingress的方式将这些组件暴露到集群外，以便在集群外部访问。Istio支持使用自带的istio-ingressgateway将服务暴露到集群外部，这个和Kubernetes中暴露Ingress Controller类似，有很多种方式，如NodePort，LoadBalancer，或直接开启hostNetwork: true等等。为了便于统一管理Kubernetes集群中的服务暴露，笔者更倾向使用Traefik Ingress。

使用Ingress暴露Istio服务。

编写ingress yaml文件，如下

# cat istio-ingress.yaml 

---

apiVersion: extensions/v1beta1

kind: Ingress

metadata:

name: jaeger-query

namespace: istio-system

annotations:

kubernetes.io/ingress.class: traefik

spec:

rules:

- host: istio.jaeger-query.com

http:

  paths:

  - path: /

    backend:

      serviceName: jaeger-query

      servicePort: 16686



---

apiVersion: extensions/v1beta1

kind: Ingress

metadata:

name: prometheus

namespace: istio-system

annotations:

kubernetes.io/ingress.class: traefik

spec:

rules:

- host: istio.prometheus.com

http:

  paths:

  - path: /

    backend:

      serviceName: prometheus

      servicePort: 9090



---

apiVersion: extensions/v1beta1

kind: Ingress

metadata:

name: grafana

namespace: istio-system

annotations:

kubernetes.io/ingress.class: traefik

spec:

rules:

- host: istio.grafana.com

http:

  paths:

  - path: /

    backend:

      serviceName: grafana

      servicePort: 3000



---

apiVersion: extensions/v1beta1

kind: Ingress

metadata:

name: kiali

namespace: istio-system

annotations:

kubernetes.io/ingress.class: traefik

spec:

rules:

- host: istio.kiali.com

http:

  paths:

  - path: /

    backend:

      serviceName: kiali

      servicePort: 20001

执行部署命令：

kubectl apply -f istio-ingress.yaml

外部客户端，配置hosts地址解析，如下：

172.16.0.180 istio.prometheus.com

172.16.0.180  istio.jaeger-query.com

172.16.0.180  istio.grafana.com

172.16.0.180  istio.kiali.com

访问Jaeger

浏览器访问Jaeger之前可以多次刷新productpage页面以便产生访问请求等。选择productpage.default可以查看整个调用链。使用istio.jaeger-query.com域名访问，结果展示：

Kubernetes Istio微服务架构部署和使用

访问kiali

使用域名istio.kiali.com访问kiali页面。用户名admin，密码1f2d1e2e67df。

Kubernetes Istio微服务架构部署和使用

访问Prometheus

使用域名istio.prometheus.com访问Prometheus页面。

Kubernetes Istio微服务架构部署和使用

访问Grafana

使用域名istio.grafana.com访问Prometheus页面。

Kubernetes Istio微服务架构部署和使用

Istio对Pod和服务的要求

要成为服务网格的一部分，Kubernetes 集群中的 Pod 和服务必须满足以下几个要求：

需要给端口正确命名：服务端口必须进行命名。端口名称只允许是<协议>[-<后缀>-]模式；
Pod必须关联到 Kubernetes服务：如果一个 Pod 属于多个服务，这些服务不能再同一端口上使用不同协议，例如 HTTP 和 TCP。
Deployment应带有app以及version标签：每个 Deployment 都应该有一个有意义的 app 标签和一个用于标识 Deployment 版本的 version 标签。Istio 会用 app 和 version 标签来给监控指标数据加入上下文信息。