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Istio源码解析系列part1—Istio源码架构介绍及开发环境搭建

郑伟 几米宋 2022-09-07


本文系转载,作者:郑伟,小米信息部技术架构组

本系列文章主要从源码(35e2b904)出发,对istio做深入剖析,让大家对istio有更深的认知,从而方便平时排查问题。不了解Service Mesh和Istio的同学请先阅读敖小剑老师如下文章进行概念上的理解:

  • Service Mesh:下一代微服务

  • 服务网格新生代-Istio

本文主要对istio在ubuntu16.04下环境搭建做简单介绍,Mac用户和其他linux发行版用户请根据bash脚本做相应调整。

概述

Istio为希腊文,意思是“启航”,和“kubernetes(舵手)”遥相呼应,是一个开源的微服务管理、保护、监控的基础设施。Istio发音“意丝帝欧”,重音在“意”上。

前两篇文章主要对istio开发环境以及通过服务治理配置生效流程做了介绍。考虑到有些用户可能没有接触过Istio,本文会对Istio整体架构、内部各组件做介绍。

Istio是逻辑上分为数据平面(Data Plane)和控制平面(Control Plane)。

  • 数据平面的含义是什么?官网是这么描述的:

The data plane is composed of a set of intelligent proxies (Envoy) deployed as sidecars that mediate and control all network communication between microservices.

数据平面由一组作为sidecar智能代理(Envoy)和它掌控网络通信的的微服务实例组成。sidecar的意思是边三轮,一个Envoy实例掌控一个微服务实例的入口和出口流量,像边三轮一样。

  • 对于控制平面,官网给出的定义是:

The control plane is responsible for managing and configuring proxies to route traffic, as well as enforcing policies at runtime.

控制平面由Pliot、Mixer、Istio-Auth组成,负责管理和配置代理的路由流量以及运行时服务治理策略的执行。

整体架构

Istio架构图如下所示:

  • Envoy 是一个高性能轻量级代理,它掌控了service的入口流量和出口流量,它提供了很多内置功能,如动态负载服务发现、负载均衡、TLS终止、HTTP/2 & gRPC流量代理、熔断、健康检查等功能。

  • Mixer 翻译过来是混音器,Mixer负责在整个Service Mesh中实施访问控制和使用策略。Mixer是一个可扩展组件,内部提供了多个模块化的适配器(adapter)。 Envoy提供request级别的属性(attributes)数据。这些数据交由Mixer进行评估和处理,Mixer中的各种适配器(adapter)基于这些属性数据,来实现日志记录、监控指标采集展示、配额管理、ACL检查等功能。

  • Pilot 翻译过来是领航员,Pliot对Envoy的生命周期进行管理,同时提供了智能路由(如A/B测试、金丝雀部署)、流量管理(超时、重试、熔断)功能。Pliot接收用户指定的高级路由规则配置,转换成Envoy的配置,使这些规则生效。

  • Istio-Auth 服务间认证和终端用户认证功能。

源码结构介绍

Istio源码托管于Github,项目使用Go开发。

以35e2b904为例,istio代码结构如下所示:

  1. .

  2. ├── addons                                  

  3. ├── bin

  4. ├── broker

  5. ├── docker

  6. ├── galley

  7. ├── install

  8. ├── istioctl

  9. ├── mixer

  10. ├── pilot

  11. ├── pkg

  12. ├── prow

  13. ├── release

  14. ├── samples

  15. ├── security

  16. ├── tests

  17. ├── tools

  18. ├── vendor

  19. ├── codecov.requirement

  20. ├── codecov.skip

  21. ├── CONTRIBUTING.md

  22. ├── downloadIstio.sh

  23. ├── Gopkg.lock

  24. ├── Gopkg.toml

  25. ├── istio.deps

  26. ├── istio.VERSION

  27. ├── istio.yaml

  28. ├── LICENSE

  29. ├── lintconfig_base.json

  30. ├── Makefile

  31. ├── OWNERS

  32. └── README.md

部分包\文件\文件夹功能列表如下:

Package/Directory/FileIntroduction
addons一些插件,比如展示metrics的grafana和绘制服务调用图的servicegraph
bin存放初始化依赖、编译、插件证书检查、代码生成的脚本
brokerIstio对Open Service Broker的一种实现,该API使得外部服务能自动访问Istio服务。broker目前还处于研发阶段。
galley提供了Istio的配置管理功能,目前还处于研发阶段。
install生成各环境(ansible、consul、ereka、kubernetes等)安装istio时需要yaml配置清单。
istioctlistio终端控制工具(类似kubectl之于kubernetes),用户通过istioctl来修改istio运行时配置,执行服务治理策略。
mixer“混音器”,参与到tracffic处理流程。通过对envoy上报的attributes进行处理,结合内部的adapters实现日志记录、监控指标采集展示、配额管理、ACL检查等功能。
pilot“领航员”,pliot对Envoy的生命周期进行管理,同时提供了智能路由(如A/B测试、金丝雀部署)、流量管理(超时、重试、熔断)功能。
pkg顶级公共包,包含istio版本处理、tracing、日志记录、缓存管理等。
release包含Istio在各平台上进行编译的脚本。
samplesIstio提供的微服务样例,比如bookinfo。
securityIstio用户身份验证、服务间认证。
tests测试用例、脚本等。
vendordep生成的第三方依赖。
Gopkg.*dep需要version constraint和version lock文件。
MakefileIstio Makefile,编译docker镜像时会引用tools/istio-docker.mk这个Makefile。

开发环境搭建

安装docker

参考 https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/ubuntu/#install-docker-ce-1

配置docker代理[可选]

新建 /etc/systemd/system/docker.service.d/http-proxy.conf,添加如下配置

  1. [Service]

  2. Environment="HTTP_PROXY=http://<your_proxy>/" "HTTPS_PROXY=http://<your_proxy>/" "NO_PROXY=192.168.0.0/16,127.0.0.0/8" # your_proxy替换成你自己的代理

安装virtualbox

  1. # virtualbox需要装最新的5.2.10, https://www.virtualbox.org/wiki/Linux_Downloads

  2. # Mac OS

  3. wget https://download.virtualbox.org/virtualbox/5.2.10/VirtualBox-5.2.10-122088-OSX.dmg

  4. # ubuntu AMD64

  5. wget https://download.virtualbox.org/virtualbox/5.2.10/virtualbox-5.2_5.2.10-122088~Ubuntu~xenial_amd64.deb && sudo apt install ./virtualbox-5.2_5.2.10-122088~Ubuntu~xenial_amd64.deb

  6. # centos6 AMD64

  7. wget https://download.virtualbox.org/virtualbox/5.2.10/VirtualBox-5.2-5.2.10_122088_el6-1.x86_64.rpm && yum install ./VirtualBox-5.2-5.2.10_122088_el7-1.x86_64.rpm

  8. # centos7 AMD64

  9. wget https://download.virtualbox.org/virtualbox/5.2.10/VirtualBox-5.2-5.2.10_122088_el7-1.x86_64.rpm && yum install ./VirtualBox-5.2-5.2.10_122088_el7-1.x86_64.rpm

安装k8s集群

使用vagrant安装k8s集群[建议]

参考Jimmy Song的vagrant教程kubernetes-vagrant-centos-cluster,其中节点个数根据自己机器配置酌情更改(参考kubernetes-vagrant-centos-cluster)。

使用minikube安装k8s集群[可选]

  • 安装minikube

  1. curl -Lo minikube https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64 && chmod +x minikube && sudo mv minikube /usr/local/bin/ # 下载minikube

  2. curl -Lo kubectl https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/$(curl -s https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/stable.txt)/bin/linux/amd64/kubectl && chmod +x kubectl && sudo mv kubectl /usr/local/bin/ # 下载kubectl

  • 启动k8s

  1. # 注minikube可以不使用virtualbox启动k8s,不过需要dockerc处于桥接模式,否则可能导致网络连接不通,配置过程请自行搜索

  2. minikube start \

  3. --extra-config=controller-manager.ClusterSigningCertFile="/var/lib/localkube/certs/ca.crt" \

  4. --extra-config=controller-manager.ClusterSigningKeyFile="/var/lib/localkube/certs/ca.key" \

  5. --extra-config=apiserver.Admission.PluginNames=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,PersistentVolumeLabel,DefaultStorageClass,DefaultTolerationSeconds,MutatingAdmissionWebhook,ValidatingAdmissionWebhook,ResourceQuota \

  6. --kubernetes-version=v1.9.4 \

  7. --logtostderr

配置Istio repo

  • 配置github并拉取代码

  1. # 配置github代理

  2. git config --global http.https://github.com.proxy http://proxy:1080

  3. # 在github上fork Istio,并clone到自己公共的$GOPATH/src/istio.io/下

  4. mkdir -p $GOPATH/src/istio.io

  5. cd $GOPATH/src/istio.io

  6. git clone https://github.com/$YOU/istio

  7. cd istio

  8. git remote add upstream 'https://github.com/istio/istio'

  9. git config --global --add http.followRedirects 1

  • 配置环境变量

未避免污染全局环境变量,强烈建议安装autoenv。

  1. cd $GOPATH/src/istio.io/istio

在istio根目录下新增 .env文件,配置如下:

  1. export GOPATH=$YOUR_GOPATH # $YOUR_GOPATH为你的GOPATH路径

  2. export PATH=$PATH:$GOPATH/bin

  3. export ISTIO=$GOPATH/src/istio.io # eg. ~/go/src/istio.io

  4. # Please change HUB to the desired HUB for custom docker container

  5. # builds.

  6. export HUB="docker.io/$USER" # $USER为你的dockerhub账号

  7. # The Istio Docker build system will build images with a tag composed of

  8. # $USER and timestamp. The codebase doesn't consistently use the same timestamp

  9. # tag. To simplify development the development process when later using

  10. # updateVersion.sh you may find it helpful to set TAG to something consistent

  11. # such as $USER.

  12. export TAG=$USER # TAG为你编译Istio各组建后打包镜像的tag,建议Mac/ubuntu当前账号

  13. # If your github username is not the same as your local user name (saved in the

  14. # shell variable $USER), then replace "$USER" below with your github username

  15. export GITHUB_USER=$USER # GITHUB_USER为你的github账号

  16. # Specify which Kube config you'll use for testing. This depends on whether

  17. # you're using Minikube or your own Kubernetes cluster for local testing

  18. # For a GKE cluster:

  19. export KUBECONFIG=${HOME}/.kube/config

  20. # Alternatively, for Minikube:

  21. # export KUBECONFIG=${GOPATH}/src/istio.io/istio/.circleci/config

  22. export ISTIO_DOCKER_HUB="docker.io/$USER" # make build时使用此变量

  23. export ISTIO_VERSION=$USER                # make build时使用此变量

使当前.env生效:

  1. cd .

Istio编译组件并测试

  • 编译镜像

  1. # make init # 初始化,检查目录结构、Go版本号、初始化环境变量、检查vendor等

  2. make docker # 对各组件(istioctl、mixer、pilot、istio-auth等)进行二进制包编译、测试、镜像编译

  3. make push # 推送镜像到dockerhub

  1. # 其他指令

  2. make pilot  docker.pilot # 编译pilot组件和镜像

  3. make app  docker.app # 编译app组件和镜像

  4. make proxy  docker.proxy # 编译proxy组件和镜像

  5. make proxy_init  docker.proxy_init # 编译proxy_init组件和镜像

  6. make proxy_debug  docker.proxy_debug # 编译proxy_debug组件和镜像

  7. make sidecar_injector  docker.sidecar_injector # 编译sidecar_injector组件和镜像

  8. make proxyv2  docker.proxyv2 # 编译proxyv2组件和镜像

  9. make push.docker.pilot # 推送pilot镜像到dockerhub,其他组件类似

  • 其他脚本

  1. cd $GOPATH/src/istio.io/istio

  2. ./bin/get_workspace_status # 查看当前工作目录状态,包括环境变量等

  3. install/updateVersion.sh -a ${HUB},${TAG} # 使用当前环境变量生成Istio清单

  4. samples/bookinfo/build_push_update_images.sh # 使用当前环境变量编译并推送bookinfo镜像

  • 测试镜像

参考Istio doc



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