初试Istio on ASK

Posted on May 9, 2022

ASK作为阿里云Serverless Kubernetes平台，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。本文通过在ASK上试用Istio部署微服务应用来验证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。

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。

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，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：

$ 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

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/productpage

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。

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

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。

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。
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和ECI Container Security Policy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。目前来看，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：