Istio 流量管理原理与协议扩展 赵化冰 赵化冰 腾讯云 服务网格团队 https://zhaohuabing.com Service Mesh Service Mesh Layer 处理服务间通信（主要是七层通信）的云原生基础设施层： Service Mesh 将各个服务中原来使用 SDK 实现的七层通信相关功能抽象 出来，使用一个专用层次来实现，Service Mesh 对应用透明，因此应用 断路器、故障注入 可观察性：遥测数据、调用跟踪、服务拓扑 通信安全： 服务身份认证、访问鉴权、通信加密 Proxy Application Layer Service 1 Istio 流量管理 – 概览 • 控制面下发流量规则： Pilot • 数据面标准协议：xDS • 集群内Pod流量出入： Sidecar Proxy • 集群外部流量入口：Ingress Gateway • 集群外部流量出口：Egress Retries • Circuit breaker • Routing • Auth • Telemetry collecting 外部流量出口 外部流量入口 Pilot 2 Istio 流量管理 – 控制面 两类数据： q 服务数据（Mesh 中有哪些服务？缺省路由） v Service Registry § Kubernetes：原生支持 § Consul、Eureka 等其他服务注册表：MCP

全栈服务网格 - Aeraki 助你在 Istio 服务网格中管理任何七层流量 赵化冰@腾讯云 #IstioCon Huabing Zhao Software Engineer @ Tencent Cloud https://zhaohuabing.com @zhaohuabing @zhaohuabing @zhaohuabing @zhaohuabing #IstioCon #IstioCon Agenda ❏ Service Mesh 中的七层流量管理能力 ❏ 几种扩展 Istio 流量管理能力的方法 ❏ Aeraki - 在 Isito 服务网格中管理所有七层流量 ❏ Demo - Dubbo Traffic Management ❏ MetaProtocol - Service Mesh 通用七层协议框架 #IstioCon Protocols in a Typical Management, Security, Observability) #IstioCon What Do We Expect From a Service Mesh? 为了将基础设施的运维管理从应用代码中剥离，我们需要七层的流量管 理能力： ● Routing based on layer-7 header ○ Load balancing at requet level ○ HTTP

• 如何安全的试用 Istio目标听众 • 我 • 乙方 • 给大型企业开发某某管理系统 • 系统资源好像没缺过 • 手上有各个时代的应用 • 没有能力/不想维护Istio源码 • 业务负载不算大Istio不能做什么 • 提高代码质量 • 增强负载能力 • 改善交付流程 • 客户充满 Love • 开发需求保持 PeaceIstio能做什么？ • 几乎全部功能都无需侵入 • 监控服务质量 • • 控制服务间的访问路由 • 跟踪服务链路 • 应对服务故障 • 在服务间通信之间进行加密 • 访问控制和频率限制 • …Istio目前的突出问题 • API稳定性问题：流量管理也仅仅是v1alpha3，用alpha特性发布 1.0的情况似乎比较罕见。 • 发布进度和质量：大版本以月计算的发布延迟，据我所知的 Release撤回发生了两次。 • 世纪难题：多出一层Sidecar造成的延迟。 有完善的性能、功能测试方案。禁则 �������� ����� ����制定目标 • 集群环境申请：版本、开关、资源等。 • 功能性需求：本次试用中Istio需要提供的功能，再次强调：No Freestyle • 非功能需求：并发、成功率、响应时间等服务质量参数。 • 故障处理需求：故障预案。 • 影响范围分析。 • 选定测试版本：研读开放Issue以及Release Notes。测试方案部署 • Istio部署

SQL 日志系统 • 代码逻辑处理事件 • 异常、debug信息容器化和微服务下的监控需求 微观下的监控需求 快速错误追踪 可快速排查在性能测试场景下的 慢方法、异常调用以及异常报文 等信息 单次链路追踪 可细粒度排查应用单次链路调用 的包括日志、网络数据在内的所 有信息。 宏观下的监控需求 链路总体展示 展示整个服务调用过程中链路上 每一个节点的服务状况，包括延 时、吞吐量等基本信息。 展示当前所有服务器的运行状况， 包括CPU、内存、网络、I/O读写 等信息 业务总体展示 展示当前业务相关数据的 从宏观上快速定位问题，在微观上找到问题根因的 监控方案问题二：现有的系统能否完全满足需求 现有系统如何满足运维需求Istio现有的监控体系 指标监控 分布式追踪 日志系统Zipkin的架构图 Google Dapper Zipkin的实现EFK和Prometheus的架构图 DC1 DMZ

FreeWheel 是一家为客户提供数字视频广告管理技术和服务的公司。其业务端产 品需要对接客户，提供视频广告投放优化界面，类似于 Web ERP，是一个典型 的三层架构。 微服务之痛 • 两年来，我们将若干复杂的Rails单体应用拆分、迁移到微服务架构， 逻辑用Golang重写，引入了Kubernetes。随着模块越来越多，复杂 的通信带来矛盾日渐突出：流量管理、监控… 最初的尝试：Gateway 理，成为了微服务中的瓶颈，模 块流量会互相影响 • 大锅饭带来了复杂的配置管理， 渐渐难以为继 • Istio的架构和基本原理 • FreeWheel的Istio实践 • 未来工作 • FreeWheel的痛点 Istio架构 • Istio Proxy: 劫持Pod的所有通信， 是Mesh的基础 • Pilot: 为Proxy提供动态配置管理 • Citadel: 自动维护mTLS密钥 • Mixer: Istio从架构上可以分为4个板块： • Istio Proxy: Mesh的基础 • 网络安全：兼容Spiffe标准实现 • 配置管理：为C++实现的Proxy接 入k8s的动态配置管理 • Attribute Machine: 授权，Quota ，Tracing，监控的基础 Istio管理下的微服务 • 右图是部署mock1.v1 Pod之后发生的事 情： • Sidecar Injection:

Envoy启动配置及xDS listener router upstream pool Envoy cluster istiod pilot-agent LDS RDS CDS EDS tls证书 管理 SDS CSR创建证书 stat tracing 支持采集或 主动上报 监控系统 过滤器 过滤器 连接 连接 xDS 描述 模式 请求路径 LDS 监听器配置 POST /envoy 连接。 • 之后对于此连接的所有处理都在此线程进行，包括下游数据集解码，路由选择、上游数据编 码发送等。 • 同时此工作线程还要处理定期观测信息与主线程同步（通过异步加回调）、线程内配置及集 群管理器状态更新等工作。 • 请求完成后延迟释放内存，解决本次事件处理中回调所引用对象可以被安全访问，并在下次 事件处理中安全删除。 admin连接 数据面连接 主 机 健 康 检 查 看 门 狗 当收到节点变化EDS消息时，需要通知到工作线程内新上线、下线主机。 • 4. Envoy使用前面提到的TLS方式实现集群状态更新，集群管理器保存一个TLS slot ，类型为ThreadLocalClusterManagerImpl。 当节点变化、DNS解析更新、健康状态变化时，将调用集群管理器的postThreadLocalClusterUpdate方法 • 5. 此方法将延迟调用所有线程内ThreadLo

部分模块上下游超时配置不合理，超时倒挂，集中管理调整成本比较高。 Ø 多数模块对单点异常，慢节点等异常缺乏容忍能力，推动每个模块独立修复，成本高，上线周期长。 Ø 因重试导致雪崩，底层RPC框架需要重复建设来定制动态熔断能力。 Ø 升级一级服务建设中，发现很多模块单点、多点故障不能容忍，能否低成本解决？ Ø 比如常用运维降级、止损能力各个产品线重复建设，方案差异大，OP期望运维能力在不同产品线之间能够通用化， 集中化管理，甚至做到自动决策 集中化管理，甚至做到自动决策 Ø 精细故障能力（异常query、注入延迟等）期望能够标准化、低成本跨产品线复制 Ø 百度APP架构缺少上下游模块视图和流量视图，黄金指标不足，导致容量管理压测效率低、混沌工程实施成 本高、故障定位成本高。 #IstioCon 目标 l 服务治理策略平台化 联合公司内部，通过合作共建方式实现完整的Service Mesh架构，提升架构策略灵活性，缩 减服务治理迭代周期，降低服务治理研发成本。 自身稳定性，降级（兜底）、隔离、监控多种方式保证。 ①bns, 百度内部基础设施层,服务发现。 ②bns-agent,服务发现接入层。 ㊟ 内核劫持：Loopback方案 Ø loopback地址的管理和分配。 Ø 需要打通业务和loopback之间的映射管 理。 RPC劫持：可扩展方案 Ø envoy启动后注册port到bns-agent。 Ø rpc框架查询bns-agent IP与治理策略数据。

实现热升级 Implement Hot-Upgrade 6 • Sidecar生命周期管理能力 • 启动两个Sidecar，以进行Envoy热重启的排水流程两个实例并存的阶段 • 能够对整个热升级流程中的镜像替换进行控制 实现热升级 Implement Hot-Upgrade 7 • Sidecar生命周期管理能力 • 启动两个Sidecar，以进行Envoy热重启的排水流程两个实例并存的阶段 阶段 • 能够对整个热升级流程中的镜像替换进行控制 • 更强大的生命周期管理组件 • 对需要热升级的Pod注入两个Container，Sidecar & Empty • 支持对热升级过程中Sidecar Container生命周期进行管理 实现热升级 Implement Hot-Upgrade 8 • Envoy热重启参数的协商 • PilotAgent需要使用正确的Epoch参数启动Envoy，才能触发热重启

熔断限流 • 负载均衡 • 服务发现 • 扩缩容 • 运维 • 部署 Kubernetes Istio Istio治理的不只是微服务，只要有访问的服务，都可以被治理。 Istio关键能力 流量管理 负载均衡 动态路由 灰度发布 可观察性 调用链 访问日志 监控 策略执行 限流 ACL 故障注入 服务身份和安全 认证 鉴权 平台支持 Kubernetes CloudFoundry "unknown" response_code: response.code | 200 Istio & Kubernetes: 总结 对于云原生应用，采用Kubernetes构建微服务部署和集群管理能力，采用 Istio构建服务治理能力，将逐渐成为应用微服务转型的标准配置。 Agenda • Istio & Kubernetes • Istio & Kubernetes上的灰度发布 灰度发布：蓝绿 "/catalog1" } }, 一个典型的VirtualService Istio在华为云：Kubernetes全栈容器服务 应用运维管理 丰富可定制的容器应用立体化运维 容器镜像服务 容器镜像一站式构建、存储与交付 应用编排服务 应用云上自动化编排与设施管理 云容器实例 基于K8S的Serverless容器服务 云容器引擎 企业级高可靠、高性能K8S服务 服务网格 K8S原生Service

• 负载均衡 • 服务发现 • 扩缩容 • 运维 • 部署 Kubernetes Istio9 Istio治理的不只是微服务，只要有访问的服务，都可以被治理。10 Istio关键能力 流量管理 负载均衡 动态路由 灰度发布 可观察性 调用链 访问日志 监控 策略执行 限流 ACL 故障注入 服务身份和安全 认证 鉴权 平台支持 Kubernetes CloudFoundry "unknown" response_code: response.code | 20015 Istio & Kubernetes: 总结 对于云原生应用，采用Kubernetes构建微服务部署和集群管理能力，采用 Istio构建服务治理能力，将逐渐成为应用微服务转型的标准配置。16 Agenda • Istio & Kubernetes • Istio & Kubernetes上的灰度发布17 "/catalog1" } }, 一个典型的VirtualService27 Istio在华为云：Kubernetes全栈容器服务 应用运维管理 丰富可定制的容器应用立体化运维 容器镜像服务 容器镜像一站式构建、存储与交付 应用编排服务 应用云上自动化编排与设施管理 云容器实例 基于K8S的Serverless容器服务 云容器引擎 企业级高可靠、高性能K8S服务 服务网格 K8S原生Service