istio 庖丁解牛(一) 组件概览

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进行写作, 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:

2.1 istio/istio

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

另外还有2个命令不在上图中使用:

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

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
   --proxyAdminPort
   

   注意以上参数虽然是启动时传递给父进程 pliot-agent , 但实际上监听以上端口的进程是子进程envoy.

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 service istio-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 service istio-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 service istio-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 container istio-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 service istio-citadel 对外提供服务

后续将对各组件逐一进行分析.

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