基于阿里云 ASK 的 Istio 微服务应用部署初探

简介: 本文会通过在 ASK 上试用 Istio 部署微服务应用的方式,来验证 ASK 对标准 Kubernetes 的兼容性。Istio 作为 Service Mesh(服务网格)的领导解决方案,一方面本身足够复杂具有代表性,另一方面它也代表了云原生时代微服务架构的趋势具有参考意义。
作者:王飞龙(不物)

目前 Kubernetes 已经成为业界容器编排系统的事实标准,基于 Kubernetes 的云原生应用生态(Helm, Istio, Knative, Kubeflow, Spark on Kubernetes 等)更是让 Kubernetes 成为云操作系统。在这样的背景下,Serverless 容器成为现有 Container as a Service 的进化方向之一,一方面通过 Serverless 方式根本性解决了 Kubernetes 自身的管理复杂性,让用户无需受困于 Kubernetes 集群容量规划、安全维护、故障诊断;另一方面也进一步释放了云计算的能力,将安全、可用性、可伸缩性等需求由基础设施实现。

ASK 作为阿里云 Serverless Kubernetes 平台[1],不仅有免运维、秒级弹性、超大 Pod 容量、弹性预测等重磅能力,更重要的是它依然是一个标准 Kubernetes 平台。

本文会通过在 ASK 上试用 Istio 部署微服务应用的方式,来验证 ASK 对标准 Kubernetes 的兼容性。Istio 作为 Service Mesh(服务网格)的领导解决方案,一方面本身足够复杂具有代表性,另一方面它也代表了云原生时代微服务架构的趋势具有参考意义。

现在就让我们开始吧!

创建集群

试用 Istio 前,需要准备一个 ASK 集群。登录阿里云控制台,选择产品与服务 > 容器服务 Kubernetes 版,在左侧边栏选择集群进入集群列表页面。点击右上角创建集群开始创建集群,配置集群参数如下:

集群名称:hello-istio
集群规格:Pro 版
地域:美国(硅谷)
付费类型:按量付费
Kubernetes 版本:1.20.11-aliyun.1
专有网络:自动创建
Service CIDR:172.21.0.0/20
API Server 访问:标准型I(slb.s2.small)
使用 EIP 暴露 API Server:是
时区:Aisa/Shanghai(UTC+08:00)
服务发现:CoreDNS
使用日志服务:创建新 Project

确认配置后点击创建集群进入等待集群创建完成。Istio 依赖 DNS 服务,这里选择创建集群时默认安装 CoreDNS 组件。

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集群创建完成后,进入集群列表 > hello-istio > 详情 > 集群信息 > 连接信息页面,复制公网访问内容到本地/tmp/kube/config 文件,并通过如下命令配置好 kubelet:

$ export KUBECONFIG=/tmp/kube/config

试用 Istio

kubectl 配置好后就可以开始在集群安装和试用 Istio。

下载 Istio

进入 Istio 发布页面[2]下载针对操作系统的安装文件,也可以通过如下命令下载并提取最新版本:

$ curl -L https://istio.io/downloadIstio | sh -

因为我本机~/bin 目录已加入 PATH,这里我将提取的 Istio 目录复制~/bin 目录,并建好软链接。

$ cp istio-1.13.3 ~/bin $ cd ~/bin $ ln -s istio-1.13.3/bin/istioctl $ ls -al ~/bin/ total 28 drwxr-xr-x 5 feilong.wfl staff 160 5 4 22:40 ./ drwxr-xr-x+ 95 feilong.wfl staff 3040 5 8 22:30 ../ drwxr-x--- 9 feilong.wfl staff 288 4 15 00:48 istio-1.13.3/ lrwxr-xr-x 1 feilong.wfl staff 25 5 4 22:40 istioctl -> istio-1.13.3/bin/istioctl*

如果 istioctl --help 命令输出正常,则 istioctl 已正确配置。

安装 Istio

本次安装采用 demo profile[3],它包含了一组专为测试准备的功能集合,另外还有用户生产或性能测试的配置组合。

$ istioctl install --set profile=demo -y Istio core installed Istiod installed Egress gateways installed Ingress gateways installed Installation complete

给命名空间添加标签,指示 Istio 在部署应用的时候,自动注入 Envoy 边车代理:

$ kubectl label namespace default istio-injection=enabled namespace/default labeled

部署示例应用

部署 Bookinfo 示例应用[4]:

$ kubectl apply -f ~/bin/istio-1.13.3/samples/bookinfo/platform/kube/bookinfo.yaml service/details created serviceaccount/bookinfo-details created deployment.apps/details-v1 created service/ratings created serviceaccount/bookinfo-ratings created deployment.apps/ratings-v1 created service/reviews created serviceaccount/bookinfo-reviews created deployment.apps/reviews-v1 created deployment.apps/reviews-v2 created deployment.apps/reviews-v3 created service/productpage created serviceaccount/bookinfo-productpage created deployment.apps/productpage-v1 created

检查 Pod 已就绪:

$ kubectl get pods NAME READY STATUS RESTARTS AGE details-v1-79f774bdb9-t2jhq 2/2 Running 0 2m54s productpage-v1-6b746f74dc-qc9lg 2/2 Running 0 2m46s ratings-v1-b6994bb9-tmbh6 2/2 Running 0 2m51s reviews-v1-545db77b95-xdhp4 2/2 Running 0 2m49s reviews-v2-7bf8c9648f-4gn6f 2/2 Running 0 2m48s reviews-v3-84779c7bbc-jfndj 2/2 Running 0 2m48s

要等待并确保所有的 Pod 达到此状态:就绪状态(READY)的值为 2/2 、状态(STATUS)的值为 Running。基于平台的不同,这个操作过程可能会花费几分钟的时间。

检查 Service 已就绪:

$ kubectl get services NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE details ClusterIP 172.21.11.168 <none> 9080/TCP 59s kubernetes ClusterIP 172.21.0.1 <none> 443/TCP 33m productpage ClusterIP 172.21.0.124 <none> 9080/TCP 51s ratings ClusterIP 172.21.9.7 <none> 9080/TCP 57s reviews ClusterIP 172.21.13.223 <none> 9080/TCP 55s

确保网页服务正常。如果命令返回页面标题,则应用已在集群中运行。

$ kubectl exec "$(kubectl get pod -l app=ratings -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}')" -c ratings -- curl -s productpage:9080/productpage | grep -o "<title>.*</title>" <title>Simple Bookstore App</title>

对外开放服务

现在,BookInfo 应用已经部署,但还不能被外界访问。 要开放访问,需要创建 Istio 入站网关(Ingress Gateway), 它会把一个路径路由到网格内的服务。

把应用关联到 Istio 网关:

$ kubectl apply -f ~/bin/istio-1.13.3/samples/bookinfo/networking/bookinfo-gateway.yaml gateway.networking.istio.io/bookinfo-gateway created virtualservice.networking.istio.io/bookinfo created

  1. 确保配置文件没有问题:

$ istioctl analyze No validation issues found when analyzing namespace: default.

确定入站 IP 和端口

使用如下命令为访问网关设置 INGRESS_HOST 和 INGRESS_PORT 两个变量:

$ export INGRESS_HOST=$(kubectl -n istio-system get service istio-ingressgateway -o jsonpath='{.status.loadBalancer.ingress[0].ip}') $ export INGRESS_PORT=$(kubectl -n istio-system get service istio-ingressgateway -o jsonpath='{.spec.ports[?(@.name=="http2")].port}') $ export SECURE_INGRESS_PORT=$(kubectl -n istio-system get service istio-ingressgateway -o jsonpath='{.spec.ports[?(@.name=="https")].port}')

设置变量 GATEWAY_URL,并确保 IP 地址和端口均成功的赋值给了该变量:

$ export GATEWAY_URL=$INGRESS_HOST:$INGRESS_PORT $ echo "$GATEWAY_URL" 47.88.21.82:80

验证外部访问

运行下面命令,获取 Bookinfo 应用的外部访问地址:

$ echo "http://$GATEWAY_URL/productpage" http://47.88.21.82:80/product...

复制上面命令的输出地址到浏览器并访问,确认 Bookinfo 已经实现了外部访问。刷新页面,发现 Book Reviews 的显示样式会不断变化。

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查看仪表盘

仪表盘能帮助了解服务网格的结构、展示网络的拓扑结构、分析网格的健康状态。

首先安装 Kiali 和其他插件,等待部署完成。

$ kubectl apply -f ~/bin/istio-1.13.3/samples/addons $ kubectl rollout status deployment/kiali -n istio-system Waiting for deployment "kiali" rollout to finish: 0 of 1 updated replicas are available... deployment "kiali" successfully rolled out

访问 Kiali 仪表板。

$ istioctl dashboard kiali

  1. 在左侧的导航菜单,选择 Graph,然后在 Namespace 下拉列表中,选择 default。

Kiali 仪表板展示了网格的概览、以及 Bookinfo 示例应用的各个服务之间的关系。 它还提供过滤器来可视化流量的流动。

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添加默认目标规则

使用 Istio 控制 Bookinfo 版本路由前,需要先在目标规则[5]中定义好可用的版本。运行以下命令为 Bookinfo 服务创建默认的目标规则:

$ kubectl apply -f ~/bin/istio-1.13.3/samples/bookinfo/networking/destination-rule-all.yaml destinationrule.networking.istio.io/productpage created destinationrule.networking.istio.io/reviews created destinationrule.networking.istio.io/ratings created destinationrule.networking.istio.io/details created

等待几秒钟,目标规则生效。您可以使用如下命令查看目标规则:

$ kubectl get destinationrules NAME HOST AGE details details 30s productpage productpage 32s ratings ratings 31s reviews reviews 32s

路由所有流量到 v1 版本

运行以下命令创建 Virtual Service 将所有流量路由到微服务的 v1 版本:

$ kubectl apply -f ~/bin/istio-1.13.3/samples/bookinfo/networking/virtual-service-all-v1.yaml virtualservice.networking.istio.io/productpage created virtualservice.networking.istio.io/reviews created virtualservice.networking.istio.io/ratings created virtualservice.networking.istio.io/details created

您可以通过再次刷新 Bookinfo 应用程序的/productpage 页面测试新配置。请注意,无论您刷新多少次,页面的评论部分都不会显示评级星标。这是因为当前已将 Istio 配置为评论服务的所有流量路由到版本 reviews:v1,而此版本的服务不访问星级评分服务。

基于用户身份的路由

接下来将更改路由配置,实现将来自特定用户的所有流量路由到特定的服务版本。示例中来自名为 Jason 用户的所有流量将被路由到服务 review:v2。

Istio 对用户身份没有任何特殊的内置机制。本例中,productpage 服务在所有到 reviews 服务的 HTTP 请求中都增加了一个自定义的 end-user 请求头,从而达到效果。

运行以下命令以启用基于用户的路由:

$ kubectl apply -f ~/bin/istio-1.13.3/samples/bookinfo/networking/virtual-service-reviews-test-v2.yaml virtualservice.networking.istio.io/reviews created

确保规则已创建:

$ kubectl get virtualservice reviews -o yaml apiVersion: networking.istio.io/v1beta1 kind: VirtualService metadata: annotations: kubectl.kubernetes.io/last-applied-configuration: | {"apiVersion":"networking.istio.io/v1alpha3","kind":"VirtualService","metadata":{"annotations":{},"name":"reviews","namespace":"default"},"spec":{"hosts":["reviews"],"http":[{"match":[{"headers":{"end-user":{"exact":"jason"}}}],"route":[{"destination":{"host":"reviews","subset":"v2"}}]},{"route":[{"destination":{"host":"reviews","subset":"v1"}}]}]}} creationTimestamp: "2022-05-15T16:05:55Z" generation: 1 name: reviews namespace: default resourceVersion: "1984849" uid: f3bd3dcb-d83c-4a75-9511-1fc9308ca05b spec: hosts: - reviews http: - match: - headers: end-user: exact: jason route: - destination: host: reviews subset: v2 - route: - destination: host: reviews subset: v1

在 Bookinfo 应用程序的/productpage 上,以用户 jason 身份登录。刷新浏览器,看到每个评论旁边显示星级评分。

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以其他用户身份登录,刷新浏览器。发现星级评分消失了。

原理和限制

数据平面,Istio 通过向 Pod 注入的 Sidecar 代理(istio-proxy)来负责协调和控制微服务之前的所有网络通信。为了让 Sidecar 代理(istio-proxy)劫持业务容器流量,Istio 需要向 Pod 所在网络下发 iptables 规则。常规安装模式下,iptables 规则下发是由 Istio 向 Pod 注入的初始化容器 istio-init 完成。向 Pod 网络下发 iptables 规则需要容器可以使用 NET_ADMIN 和 NET_RAW 两个高权限的能力(Capabilities)。ASK 集群中这两个高权限能力受 ASK Pod Security Policy[6]和 ECI Container Security Policy[7]的影响。

ASK Pod Security Policy 的 CAPS 为 *,表示没有限制。

$ kubectl get psp NAME PRIV CAPS SELINUX RUNASUSER FSGROUP SUPGROUP READONLYROOTFS VOLUMES ack.privileged true RunAsAny RunAsAny RunAsAny RunAsAny false

ECI Container Security Policy 允许通过容器安全上下文配置即可。Istio 中 Pod 注入模板文件~/bin/istio-1.13.3/manifests/charts/istio-control/istio-discovery/files/injection-template.yaml 包含如下代码:不启用 Istio CNI 插件[8]将添加 NET_ADMIN 和 NET_RAW 两个高权限能力:

securityContext: allowPrivilegeEscalation: {{ .Values.global.proxy.privileged }} privileged: {{ .Values.global.proxy.privileged }} capabilities: {{- if not .Values.istio_cni.enabled }} add: - NET_ADMIN - NET_RAW {{- end }} drop: - ALL

所以从原理上分析当前 ASK 集群使用 Istio 没有兼容性问题。

总结

本次在 ASK 上试用 Istio 这类高复杂度的软件,未发现兼容性问题。又从原理上正面分析论证了产生兼容性问题的可能性较低。因此,ASK 对原生 Kubernetes 还是有着极好的兼容性。后续将在 ASK 集群上深入探索 Istio 其他功能,以进一步验证 ASK 对原生 Kubernetes 的兼容性。

参考链接:

[1] 阿里云 Serverless Kubernetes
https://help.aliyun.com/docum...

[2] Istio 发布页面
https://github.com/istio/isti...

[3] demo profile
https://istio.io/latest/docs/...

[4] Bookinfo 示例应用
https://istio.io/latest/zh/do...

[5] 目标规则
https://istio.io/latest/docs/...)中定义好可用的版本

[6] ASK Pod Security Policy
https://help.aliyun.com/docum...

[7] ECI Container Security Policy
https://help.aliyun.com/docum...

[8] Istio CNI 插件
https://istio.io/latest/docs/...
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原文链接:http://click.aliyun.com/m/100...
本文为阿里云原创内容,未经允许不得转载。

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