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使用 Istio 实现非侵入流量治理

现在最火的后端架构无疑是微服务了,微服务将之前的单体应用拆分成了许多独立的服务应用,每个微服务都是独立的,好处自然很多,但是随着应用的越来越大,微服务暴露出来的问题也就随之而来了,微服务越来越多,管理越来越麻烦,特别是要你部署一套新环境的时候,你就能体会到这种痛苦了,随之而来的服务发现、负载均衡、Trace跟踪、流量管理、安全认证等等问题。如果从头到尾完成过一套微服务框架的话,你就会知道这里面涉及到的东西真的非常多。当然随着微服务的不断发展,微服务的生态也不断完善,最近新一代的微服务开发就悄然兴起了,那就是服务网格/Service Mesh。

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Istio以及Service Mesh的未来

不夸张的说,正是 Istio 的出现使 “Service Mesh” 这一概念开始流行起来。在深入介绍 Istio 的细节之前,让我们首先简单地了解一下 Service Mesh 是什么,以及它的重要性体现在哪里。我们都已经了解单体应用所面对的挑战,一种显而易见的方案是将其分解为多个微服务。虽然这种方式简化了单个服务的开发,但对于成百上千的微服务的通信、监控以及安全性的管理并不是一件简单的事。直至目前,对于这些问题的解决方案也只是通过自定义脚本、类库等方式将服务串联在一起,并且投入专门的人力以处理分布式系统的管理任务。但这种方式降低了各个团队的效率,并且提高了维护的成本。这正是 Service Mesh 大显身手的时机。

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Kubernetes Gateway API

初始的 Kubernetes 内部服务向外暴露,使用的是自身的 LoadBlancer 和 NodePort 类型的Service,在集群规模逐渐扩大的时候,这种 Service 管理的方式满足不了我们的需求,比如 NodePort 需要大量的端口难以维护,多了一层NAT,请求量大会对性能有影响;LoadBlancer 需要每个 Service 都有一个外部负载均衡器。接着 Kubernetes 提供了一个内置的资源对象 Ingress API 来暴露 HTTP 服务给外部用户,它的创建是为了标准化的将 Kubernetes 中的服务流量暴露给外部,Ingress API 通过引入路由功能,克服了默认服务类型 NodePort 和 LoadBalancer 的限制。在创建 Ingress 资源的时候通过 IngressClass 指定该网关使用的控制器,主要是靠 Ingress 控制器不断监听 Kubernetes API Server 中 IngressClass 以及 Ingress 资源的的变动,配置或更新入口网关和路由规则。IngressClass实现了网关与后台的解耦,但也有着很多的局限性。Ingress 配置过于简单,只支持 http 和 https 协议的服务路由和负载均衡,缺乏对其他协议和定制化需求的支持,而且 http 路由只支持 host 和 path 的匹配,对于高级路由只能通过注解来实现,当然这取决于 Ingress 控制器的实现方式,不同的 Ingress 控制器使用不同的注解,来扩展功能,使用注解对于 Ingress 的可用性大打折扣;路由无法共享一个命名空间的网关,不够灵活;网关的创建和管理的权限没有划分界限,开发需要配置路由以及网关。当然也有很多第三方的网关组件,例如 istio 和 apisix 等,提供了丰富的流量管理功能,如负载均衡、动态路由、动态 upstream、A/B测试、金丝雀发布、限速、熔断、防御恶意攻击、认证、监控指标、服务可观测性、服务治理等,还可以处理南北流量以及服务之间的东西向流量。对外提供路由功能,对内提供流量筛选,已经很好的满足了当下网络环境的所有需求。但对于小集群来说,这两个网关的部署成本有点高;而且太多类型的网关,不同的配置项、独立的开发接口、接口的兼容性、学习成本、使用成本、维护成本以及迁移成本都很高。急需一种兼容所有厂商 API 的接口网关。所以应运而生,Kubernetes 推出了 Gateway API。Gateway API 是 Kubernetes 1.19 版本引入的一种新的 API 规范,会成为 Ingress 的下一代替代方案。它有着 Ingress 的所有功能,且提供更丰富的功能,它支持更多的路由类型选择,除了 http路由外,还支持 tcp 以及 grpc 路由类型;它通过角色划分将各层规则配置关注点分离,实现规则配置上的解耦;并提供跨 namespace 的路由与网关支持使其更适应多云环境等。与 Ingress Api 工作类似的,Gateway Controller 会持续监视 Kubernetes API Server 中的 GatewayClass 和 Gateway 对象的变动,根据集群运维的配置来创建或更新其对应的网关和路由。API 网关、入口控制器和服务网格的核心都是一种代理,目的在于内外部服务通信。更多的功能并不等于更好的工具,尤其是在 Kubernetes 中,工具的复杂性可能是一个杀手。

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