istio 庖丁解牛(一) 组件概览

Posted on March 11, 2019

作者: 钟华,腾讯云容器团队高级工程师,热衷于容器、微服务、service mesh、istio、devops 等领域技术

Istio 作为 Service Mesh 领域的集大成者, 提供了流控, 安全, 遥测等模型, 其功能复杂, 模块众多, 有较高的学习和使用门槛, 本文会对istio 1.1 的各组件进行分析, 希望能帮助读者了解istio各组件的职责、以及相互的协作关系.

1. istio 组件构成

以下是istio 1.1 官方架构图:

虽然Istio 支持多个平台, 但将其与 Kubernetes 结合使用,其优势会更大, Istio 对Kubernetes 平台支持也是最完善的, 本文将基于Istio + Kubernetes 进行展开.

如果安装了grafana, prometheus, kiali, jaeger等组件的情况下, 一个完整的控制面组件包括以下pod:

% kubectl -n istio-system get pod
NAME                                          READY     STATUS 
grafana-5f54556df5-s4xr4                      1/1       Running
istio-citadel-775c6cfd6b-8h5gt                1/1       Running
istio-galley-675d75c954-kjcsg                 1/1       Running
istio-ingressgateway-6f7b477cdd-d8zpv         1/1       Running
istio-pilot-7dfdb48fd8-92xgt                  2/2       Running
istio-policy-544967d75b-p6qkk                 2/2       Running
istio-sidecar-injector-5f7894f54f-w7f9v       1/1       Running
istio-telemetry-777876dc5d-msclx              2/2       Running
istio-tracing-5fbc94c494-558fp                1/1       Running
kiali-7c6f4c9874-vzb4t                        1/1       Running
prometheus-66b7689b97-w9glt                   1/1       Running

将istio系统组件细化到进程级别, 大概是这个样子:

查看高清原图

Service Mesh 的Sidecar 模式要求对数据面的用户Pod进行代理的注入, 注入的代理容器会去处理服务治理领域的各种「脏活累活」, 使得用户容器可以专心处理业务逻辑.

从上图可以看出, Istio 控制面本身就是一个复杂的微服务系统, 该系统包含多个组件Pod, 每个组件 各司其职, 既有单容器Pod, 也有多容器Pod, 既有单进程容器, 也有多进程容器, 每个组件会调用不同的命令, 各组件之间会通过RPC进行协作, 共同完成对数据面用户服务的管控.


2. Istio 源码, 镜像和命令

Isito 项目代码主要由以下2个git 仓库组成:

仓库地址 语言 模块
https://github.com/istio/istio Go 包含istio控制面的大部分组件: pilot, mixer, citadel, galley, sidecar-injector等,
https://github.com/istio/proxy C++ 包含 istio 使用的边车代理, 这个边车代理包含envoy和mixer client两块功能
https://github.com/istio/api Go 包含istio组件之间的API 以及资源配置定义, 使用 protobuf 进行定义

2.1 istio/istio

https://github.com/istio/istio 包含的主要的镜像和命令:

容器名 镜像名 启动命令 源码入口
Istio_init istio/proxy_init istio-iptables.sh istio/tools/deb/istio-iptables.sh
istio-proxy istio/proxyv2 pilot-agent istio/pilot/cmd/pilot-agent
sidecar-injector-webhook istio/sidecar_injector sidecar-injector istio/pilot/cmd/sidecar-injector
discovery istio/pilot pilot-discovery istio/pilot/cmd/pilot-discovery
galley istio/galley galley istio/galley/cmd/galley
mixer istio/mixer mixs istio/mixer/cmd/mixs
citadel istio/citadel istio_ca istio/security/cmd/istio_ca

另外还有2个命令不在上图中使用:

命令 源码入口 作用
mixc istio/mixer/cmd/mixc 用于和Mixer server 交互的客户端
node_agent istio/security/cmd/node_agent 用于node上安装安全代理, 这在Mesh Expansion特性中会用到, 即k8s和vm打通.

2.2 istio/proxy

https://github.com/istio/proxy 该项目本身不会产出镜像, 它可以编译出一个name = "Envoy"的二进制程序, 该二进制程序会被ADD到istio的边车容器镜像istio/proxyv2中.

istio proxy 项目使用的编译方式是Google出品的bazel, bazel可以直接在编译中引入第三方库,加载第三方源码.

这个项目包含了对Envoy源码的引用,还在此基础上进行了扩展,这些扩展是通过Envoy filter(过滤器)的形式来提供,这样做的目的是让边车代理将策略执行决策委托给Mixer,因此可以理解istio proxy 这个项目有2大功能模块:

  1. Envoy: 使用到Envoy的全部功能
  2. mixer client: 测量和遥测相关的客户端实现, 基于Envoy做扩展,通过RPC和Mixer server 进行交互, 实现策略管控和遥测

2.3 istio/api

https://github.com/istio/api 使用protobuf 对Istio API 和资源进行定义, 包括:

  • 组件之间的API, 如 Mesh Configuration Protocol (MCP) 等。
  • 所有的Istio CRD, 如 VirtualService、DestinationRule 等。

该项目会作为依赖包被istio主项目引用。

后续我将对以上各个模块、命令以及它们之间的协作进行探究.


3. Istio Pod 概述

3.1 数据面用户Pod

数据面用户Pod注入的内容包括:

  1. initContainer istio-init: 通过配置iptables来劫持Pod中的流量, 转发给envoy

  2. sidecar container istio-proxy: 包含2个进程, 父进程pliot-agent 初始化并管控envoy, 子进程envoy除了包含原生envoy的功能外, 还加入了mixer client的逻辑.

    主要端口:

    • --statusPort status server 端口, 默认为0, 表示不启动, istio启动时通常传递为15020, 由pliot-agent监听
    • --proxyAdminPort 代理管理端口, 默认 15000, 由子进程envoy监听.

3.2 istio-sidecar-injector

包含一个单容器, sidecar-injector-webhook: 启动一个http server, 接受kube api server 的Admission Webhook 请求, 对用户pod进行sidecar注入.

进程为sidecar-injector, 主要监听端口:

  • --port Webhook服务端口, 默认443, 通过k8s serviceistio-sidecar-injector 对外提供服务.

3.3 istio-galley

包含一个单容器 galley: 提供 istio 中的配置管理服务, 验证Istio的CRD 资源的合法性.

进程为galley server ......, 主要监听端口:

  • --server-address galley gRPC 地址, 默认是tcp://0.0.0.0:9901
  • --validation-port https端口, 提供验证crd合法性服务的端口, 默认443.

  • --monitoringPort http 端口, self-monitoring 端口, 默认 15014

以上端口通过k8s serviceistio-galley对外提供服务

3.4 istio-pilot

pilot组件核心Pod, 对接平台适配层, 抽象服务注册信息、流量控制模型等, 封装统一的 API,供 Envoy 调用获取.

包含以下容器:

  1. sidecar container istio-proxy

  2. container discovery: 进程为pilot-discovery discovery ......

    主要监听端口:

    • 15010: 通过grpc 提供的 xds 获取接口
    • 15011: 通过https 提供的 xds 获取接口

    • 8080: 通过http 提供的 xds 获取接口, 兼容v1版本, 另外 http readiness 探针 /ready也在该端口
    • --monitoringPort http self-monitoring 端口, 默认 15014

    以上端口通过k8s serviceistio-pilot对外提供服务

3.5 istio-telemetry 和istio-policy

mixer 组件包含2个pod, istio-telemetry 和 istio-policy, istio-telemetry负责遥测功能, istio-policy 负责策略控制, 它们分别包含2个容器:

  1. sidecar containeristio-proxy

  2. mixer: 进程为 mixs server ……

    主要监听端口:

    • 9091: grpc-mixer
    • 15004: grpc-mixer-mtls

    • --monitoring-port: http self-monitoring 端口, 默认 15014, liveness 探针/version

3.7 istio-citadel

负责安全和证书管理的Pod, 包含一个单容器 citadel

启动命令/usr/local/bin/istio_ca --self-signed-ca ...... 主要监听端口:

  • --grpc-port citadel grpc 端口, 默认8060

  • --monitoring-port : http self-monitoring 端口, 默认 15014, liveness 探针/version

以上端口通过k8s serviceistio-citadel对外提供服务


后续将对各组件逐一进行分析.

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