Istio 实践手册 ｜服务网格框架对比

作者：xcbeyond

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《Istio 实践手册》，从服务网格概念出发，将逐步渗透到 Istio 具体细节中来，旨在帮助 Istio 学习者、使用者快速掌握相关知识点，可作为 Istio 学习、实践手册，建议收藏！（不断更新中……）

当前，业界主要有以下主要几种 Service Mesh 框架，下面进行详细的说明及对比。

1、Linkerd

Linkerd 是 Buoyant 公司 2016 年率先开源的高性能网络代理，是业界的第一款 Service Mesh 框架。其主要用于解决分布式环境中服务之间通信面临的一些问题，如网络不可靠、不安全、延迟丢包等问题。

Linkerd 使用Scala 语言编写，运行于 JVM，底层于 Twitter 的 Finagle 库，并对其做了相应的扩展。最主要的是 Linkerd 具有快速、轻量级、高性能等特点，每秒以最小的延迟及负载处理万级请求，易于水平扩展。除此之外，还有以下功能：

• 支持多平台：可运行于多种平台，比如 Kubernetes、DC/OS、Docker，甚至虚拟机或物理机。
• 无缝集成多种服务发现工具。
• 支持多协议，如 gRPC、HTTP/1.x、HTTP/2，甚至可通过 linkerd-tcp 支持 TCP 协议。
• 支持与第三方分布式追踪系统 Zipkin 集成。
• 灵活性、扩展性高，可通过其提供的接口开发自定义插件。

目前，Linkerd和Linkerd2并行开发，其情况如下：

• Linkerd：Linkerd使用Scala语言编写，运行于JVM，底层基于 Twitter 的Finagle库，并对其做了相应的扩展。
• Linkerd2：使用Go语言和Rust语言完全重写了Linkerd，专门用于Kubernetes。

Linkerd本身是数据平面，负责将数据路由到目标服务，同时保证数据在分布式环境中传输是安全、可靠、快速的。另外，Linkerd还包括控制平面组件Namerd，通过控制平面Namerd实现中心化管理和存储路由规则、中心化管理服务发现配置、支持运行时动态路由以及暴露Namerd API管理接口。

• 控制平面 是在Kubernetes特定命名空间中运行的一组服务。这些服务可以完成各种事情：聚集遥测数据，提供面向用户的 API，向数据平面代理提供控制数据等。 由以下部分组成：
  • Controller：由public-api容器组成，该容器为CLI和dashboard提供接口 API。
  • Destination：数据平面中的每个代理都使用此组件来查找将请求发送到哪里。还用于获取服务配置信息，如：路由指标，重试和超时等。
  • Identity：该组件提供了证书的颁发，接受来自代理的CSRs并返回正确身份签名的证书。这些证书由代理在启动时获取，并且必须在代理准备就绪之前发出。随后，它们可用于Linkerd代理之间的任何连接以实现mTLS。
  • Proxy Injector：是一个注入程序，每次创建一个pod时，它都会接收一个webhook请求。该注入程序检查资源以查找特定于Linkerd的注释（linkerd.io/inject: enabled）。当存在该注释时，注入器将更改容器的规范，并添加 initContainer包含代理本身的以及附属工具。
  • Service Profile Validator：用于在保存新服务配置文件之前先对其进行验证。
  • Tap：从CLI和dashboard接收请求，以实时监视请求和响应。
• 数据平面 由轻量级代理组成，这些代理作为sidecar容器与服务代码的每个实例一起部署。为了将服务“添加”到Linkerd服务网格，必须重新部署该服务的Pod，以在每个 Pod 中包含数据平面代理。

2、Envoy

同Linkerd一样，Envoy也是一款高性能的网络代理，于 2016 年 10 月份有 Lyft 公司开源，为云原生应用而设计，可作为边界入口，处理外部流量，此外，也作为内部服务间通信代理，实现服务间可靠通信。Envoy的实现借鉴现有生产级代理及负载均衡器，如Nginx、HAProxy、硬件负载均衡器及云负载均衡器的实践经验，同时基于C++编写及 Lyft 公司生产实践证明，Envoy性能非常优秀、稳定。

Envoy既可用作独立代理层运行，也可作为Service Mesh架构中数据平面层，因此通常Envoy跟服务运行在一起，将应用的网络功能抽象化，Envoy提供通用网络功能，实现平台及语言无法性。除此之外，还有以下功能：

• 优先支持HTTP/2和gRPC，同时支持Websocket和 TCP 代理。
• API 驱动的配置管理方式，支持动态管理、更新配置以及无连接和请求丢失的热重启功能。
• L3/L4层过滤器形成Envoy核心的连接管理功能。
• 通过与多种指标收集工具及分布式追踪系统集成，实现运行时指标收集、分布式追踪，提供整个系统及服务的运行时可见性。
• 内存资源使用率低，Sidecar是Envoy最常用的部署模式。

3、Istio

Istio是由Google、IBM和Lyft发起的开源的Service Mesh框架。该项目在 2017 年推出，并在 2018 年 7 月发布了 1.0 版本。

Istio是Service Mesh目前的实现的典型代表，如果Sidecar是整个Service Mesh的数据面，那么Istio主要在控制面上做了更多的改进，Istio使用Envoy作为Sidecar，控制面相关全部使用Golang编写，性能上有了很大的提升。

Istio 首先是一个服务网格，但是Istio又不仅仅是服务网格：在 Linkerd，Envoy 这样的典型服务网格之上，Istio提供了一个完整的解决方案，为整个服务网格提供行为洞察和操作控制，以满足微服务应用程序的多样化需求。

Istio在服务网络中统一提供了许多关键功能：

• 流量管理：控制服务之间的流量和 API 调用的流向，使得调用更可靠，并使网络在恶劣情况下更加健壮。
• 可观察性：了解服务之间的依赖关系，以及它们之间流量的本质和流向，从而提供快速识别问题的能力。
• 策略执行：将组织策略应用于服务之间的互动，确保访问策略得以执行，资源在消费者之间良好分配。策略的更改是通过配置网格而不是修改应用程序代码。
• 服务身份和安全：为网格中的服务提供可验证身份，并提供保护服务流量的能力，使其可以在不同可信度的网络上流转。
• 除此之外，Istio针对可扩展性进行了设计，以满足不同的部署需要。
• 平台支持：Istio旨在在各种环境中运行，包括跨云， 预置，Kubernetes，Mesos等。最初专注于Kubernetes，但很快将支持其他环境。
• 集成和定制：策略执行组件可以扩展和定制，以便与现有的ACL，日志，监控，配额，审核等解决方案集成。

这些功能极大的减少了应用程序代码，底层平台和策略之间的耦合，使微服务更容易实现。

Istio架构图中各个子模块功能如下：

• Envoy：负责各个应用服务之间通信。
• Pilot：管理和配置Envoy，提供服务发现、负载均衡和智能路由，保证弹性服务（服务超时次数、重试、熔断策略）。
• Mixer：信息监控检查。
• Istio-Auth：提供服务和服务、用户和服务之间的认证服务，实现访问控制，解决是谁访问的是哪个 API 的问题。

其中，图中的通信代理组件为Envoy，这是Istio原生引入的，但Linkerd也能够集成对接Istio。

4、Conduit

Conduit于 2017 年 12 月发布，作为由 Buoyant 继Linkerd后赞助的另外一个开源项目，作为Linkerd面向Kubernetes的独立版本。Conduit旨在彻底简化用户在Kubernetes使用服务网格的复杂度，提高用户体验，而不是像Linkerd一样针对各种平台进行优化。

Conduit的主要目标是轻量级、高性能、安全并且非常容易理解和使用。同Linkerd和Istio，Conduit也包含数据平面和控制平面，其中数据平面由Rust语言开发，使得Conduit使用极少的内存资源，而控制平面由Go语言开发。Conduit依然支持Service Mesh要求的功能，而且还包括以下功能：

• 超级轻量级和极快的性能。
• 专注于支持Kubernetes平台，提高运行在Kubernetes平台上服务的可靠性、可见性及安全性。
• 支持gRPC、HTTP/2和HTTP/1.x请求及所有 TCP 流量。

Conduit以极简主义架构，以零配置理念为中心，旨在减少用户与Conduit的交互，实现开箱即用。

5、对比总结

下面对上述各种 Service Mesh 框架进行简单的比较汇总，见下表所示：

上述任何一个 Service Mesh 框架都能够满足您的基本需求。

到⽬前为⽌，Istio 具有这几个服务⽹格框架中最多的功能和灵活性，灵活性意味着复杂性，因此需要团队更为充⾜的准备。

如果只想使⽤基本的 Service Mesh 治理功能，Linkerd 可能是最佳选择。如果您想⽀持同时包含 Kubernetes 和 VM 的异构环境，并且不需要 Istio 的复杂性，那么 Conduit 可能是您的最佳选择，⽬前 Istio 也提供了同时包含 Kubernetes 和 VM 的异构环境的⽀持。

下篇预告：将正式踏进 Istio 的征程，从 Istio 的整体架构谈起，一同目睹 Istio 中都有哪些组件及如何实现的。