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

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:

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。 Ø 自建配置中心，产品化封装。 l 关键技术 Ø 内核劫持，使用Loopback IP 与 服务发现一一对应。 Ø RPC劫持，构建可快速扩展标准方案。 Ø 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

自身业务 SDK Sidecar 服务治理 Node 2 svc 2 自身业务 SDK Sidecar 服务治理 通信基础 服务发现 负载均衡 熔断容错 动态路由 … for (封装++) { 应用侵入--； 治理位置--； } 微服务角度看Istio: 服务网格 服务网格控制面 从基础设施(Kubernetes)看Istio: 服务访问 Node svca svcc 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

自身业务 SDK Sidecar 服务治理 Node 2 svc 2 自身业务 SDK Sidecar 服务治理 通信基础 服务发现 负载均衡 熔断容错 动态路由 … for (封装++) { 应用侵入--； 治理位置--； }6 微服务角度看Istio: 服务网格 服务网格控制面7 从基础设施(Kubernetes)看Istio: 服务访问 Node svca • 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

行环境。 6 使用Wasm for Proxy ● Pros ○ 敏捷性：过滤器可以动态加载到正在运行的Envoy进程中，而无需停止或重新编译。 ○ 可维护性：不必更改Envoy自身基础代码库即可扩展其功能。 ○ 多样性：可以将流行的编程语言（例如C/C++和Rust）编译为WASM，因此开发人员可 以选择实现过滤器的编程语言。 ○ 可靠性和隔离性：过滤器会被部署到VM沙箱中，因此与Envoy进程本身是隔离的；即使 可显著简化OCI注册库中任意内容的存储; ● 可以使用ORAS API/SDK Library来构建自定义工具， ○ 将WebAssembly模块推入到OCI注册库中; ○ 或者从OCI注册库中拉取WebAssembly模块; ● oras cli类似于docker cli 10 在ACR EE中使用ORAS CLI ● 阿里云容器镜像服务企业版ACR EE作为企业级云原生应用制品管理平台， 提供容器镜像、Helm 提供容器镜像、Helm Chart以及符合OCI规范的制品的生命周期管理； ● oras login --username=<登录账号> acree-1-registry.cn- hangzhou.cr.aliyuncs.com 11 通过oras push命令推送 ● oras push acree-1-registry.cn-hangzhou.cr.aliyuncs.com/asm/asm-

Client”。 • 喜欢研究源码，对NSQ，Jaeger，Istio（控制平面）等go语言开源项目进行 过研究。 • 除了代码还喜欢爬山和第二天睡醒后全身酸疼的感觉。目录Pilot-Agent——管理生命周期（PA） u启动envoy u热重启envoy u监控envoy u优雅关闭envoy启动envoy ü监听/etc/certs目录 ü生成envoy静态配置文件envoy-rev0.json • Pilot-Agent只是负责启动S，其他步骤由envoy完成。 • 1. 启动另外一个S进程（Secondary process） • 2. S通知P（Primary process）关闭其管理的端口，由S接管 • 3. S加载配置，开始绑定listen sockets，在这期间使用UDS从P获取合适的listen sockets • 4. S初始化成功，通知P停止监听新的链接并优雅关闭未完成的工作 SDS/CDS/RDS/LDS/HDS/ADS/KDS 和Google强强联手 官方博客：The universal data plane API缓存Istio和k8s配置 ü一个小型的非持久性key/value数据库 ü借助k8s.io/client-go建立缓存 ü缓存Istio：route-rule，virtual-service，gateway等 ü缓存k8s：node，Service，Endpoints等触发配置生效方式

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

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