Istio分层架构?80%的人有误解

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 ServiceMesh(3)

前篇:

《ServiceMesh 究竟解决什么问题》

《什么是 Istio,ServiceMesh 最流行落地》

Istio 是 ServiceMesh 的产品化落地:

  • 它帮助微服务之间建立连接,帮助研发团队更好的管理与监控微服务,并使得系统架构更加安全

  • 帮助微服务分层解耦,解耦后的 proxy 层能够更加专注于提供基础架构能力,例如:

(1)服务发现 (discovery)

(2)负载均衡 (load balancing)

(3)故障恢复 (failure recovery)

(4)服务度量 (metrics)

(5)服务监控 (monitoring)

(6)A/B 测试 (A/B testing)

(7)灰度发布 (canary rollouts)

(8)限流限速 (rate limiting)

(9)访问控制 (access control)

(10)身份认证 (end-to-end authentication)

等功能。

  • 它使得业务工程团队与基础架构团队都更加高效的工作,各自专注于自己的工作,更好的彼此赋能

今天来说一下 Istio 的核心架构设计

关于 Istio 的架构设计,官网用了这样一句话:

逻辑上,Istio 分为:

  • 数据平面 (data plane)

  • 控制平面 (control plane)

这两个词,是 Istio 架构核心,但又是大家被误导最多的地方。

数据平面和控制平面,不是 ServiceMesh 和 Istio 第一次提出,它是计算机网络,报文路由转发里很成熟的概念:

  • 数据平面 (data plane):一般用来做快速转发

  • 控制平面 (control plane):为快速转发提供必要的信息

_画外音:_上两图为路由器架构。

它的设计原则是:

  • 在一个路由设备里,转发是最重要的工作,它具备最高的优先级,数据平面 (data plane) 的设计核心就是高效转发,如何在最短的时间里处理最多的包,往往使用高效内存管理、队列管理、超时管理等技术实现在硬件里

  • 控制平面 (control plane) 则不然,它要实现路由协议,设备管理,IGMP,ARP 协议的,它更偏向于控制与应用,往往由软件实现

画外音:

IGMP(Internet GroupManagement Protocol)__,一个组播协议;

ARP(Address ResolutionProtocol)__,这个大家比较熟悉,根据 IP 地址获取 MAC 地址;

Istio 的架构核心与路由器非常类似:

  • 服务(最上面的小红框),通过本地通讯与 proxy 交互

  • 数据平面,由一系列 proxy 组成(中间一层的两个小红框),核心职责是:

(1)高效转发;

(2)接收和实施来自 mixer 的策略;

  • 控制平面(底下的大红框),核心是控制与应用,核心职责是:

(1)管理和配置边车代理;

(2)通过 mixer 实施策略与收集来自边车代理的数据;

画外音:

(1)sidecar proxy,原文使用的是 envoy,后文 envoy 表示代理;

(2)mixer,不确定要怎么翻译了,有些文章叫 “混音器”,后文直接叫 mixer;

(3)pilot,galley,citadel,不敢翻译为飞行员,厨房,堡垒,后文直接用英文;

如架构图所示,该两层架构中,有五个核心组件。

数据平面,有一个核心组件:

Envoy (proxy)

Envoy 的核心职责是高效转发,更具体的,它具备这样一些能力:

(1)服务发现

(2)负载均衡

(3)安全传输

(4)多协议支持,例如 HTTP/2,gRPC

(5)断路器 (Circuit breakers)

(6)健康检查

(7)百分比分流路由

(8)故障注入 (Fault injection)

(9)系统度量

大部分能力是 RPC 框架都具备,或者比较好理解的,这里面重点介绍下断路器和故障注入。

断路器设计

它是软件架构设计中,一个服务自我保护,或者说降级的设计思路。

举个例子:当系统检测出某个接口有大量超时时,断路器策略可以终止对这个接口的调用(断路器打开),经过一段时间后,再次尝试调用,如果接口不再超时,则慢慢恢复调用(断路器关闭)。

故障注入设计

它是软件架构设计中,一种故意引入故障,以扩大测试覆盖范围,保障系统健壮性的方法,主要用于测试。

国内大部分互联网公司,架构设计中不太会考虑故障注入,在操作系统内核开发与调试,路由器开发与调试中经常使用,可以用来模拟内存分配失败、磁盘 IO 错误等一些非常难出现的异常,以确保测试覆盖度。

控制平面,有四个核心组件:

Mixer

Mixer 的一些核心能力是:

(1)跨平台,作为其他组件的 adapter,实现 Istio 跨平台的能力;

(2)和 Envoy 通讯,实时各种策略

(3)和 Envoy 通讯,收集各种数据

Mixer 的设计核心在于 “插件化”,这种模型使得 Istio 能够适配各种复杂的主机环境,以及后端基础设施。

Pilot

Pilot 作为非常重要的控制平面组件,其核心能力是:

(1)为 Envoy 提供服务发现能力;

(2)为 Envoy 提供各种智能路由管理能力,例如 A/B 测试,灰度发布;

(3)为 Envoy 提供各种弹性管理能力,例如超时,重试,断路策略;

Pilot 的设计核心在于 “标准化”,它会将各种流控的控制命令转化为 Envoy 能够识别的配置,并在运行时,将这些指令扩散到所有的 Envoy。Pilot 将这些能力抽象成通用配置的好处是,所有符合这种标准的 Envoy 都能够接入到 Pilot 来。

潜台词是,任何第三方可以实现自己的 proxy,只要符合相关的 API 标准,都可以和 Pilot 集成。

Citadel

Citadel 组件,它提供终端用户身份认证,以及服务到服务的访问控制。总之,这是一个和安全相关的组件。

Galley

Gally 组件,它是一个配置获取、校验、处理、分发的组件,它的设计核心在于 “解耦”,它将 “从底层平台(例如:K8S)获取用户配置” 与 Istio 解耦开来。

**花边:**为什么 80% 的中文用户对 Istio 的二层架构的了解是错的?

很多朋友问我,通过什么渠道学习最新的技术知识,我的回答一直是,英文官网

_画外音:_本文所有信息来源于 Istio1.1 英文官网。

我在百度搜了下 Istio,80% 的资料,将二层架构翻译为:

  • 数据面板

  • 控制面板

_画外音:_大家可以百度搜一下 “istio 控制面板”

一开始我极其蒙圈,因为 “数据平面” 和“控制平面”是非常成熟的翻译,路由器就是使用这个二层架构,ServiceMesh 使用相同的架构设计进行解耦,应该不需要创造性翻译呀。

后来,我懂了:

  • 控制平面 (control plane)

  • 控制面板 (control panel)

半吊子英语的程序员,二手的技术文档,真害人,唉。

总结

Istio 采用二层架构,五大模块,进行微服务 ServiceMesh 解耦:

  • 数据平面,主要负责高效转发

(1)envoy 模块:即 proxy;

  • 控制平面,主要负责控制与应用

(2)mixer 模块:支持跨平台,标准化 API 的 adapter;

(3)pilot 模块:控制与配置 envoy 的大部分策略;

(4)citadel 模块:安全相关;

(5)galley 模块:与底层平台(例如:K8S)配置解耦;

实施与控制分离,经典的架构设计方法,GOT?

思路比结论重要。

调研:

被二手技术资料误导过么?

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