Istio是ServiceMesh的产品化落地：

(1) 它帮助微服务之间建立连接，帮助研发团队更好的管理与监控微服务，并使得系统架构更加安全。

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(2) 它帮助微服务分层解耦，解耦后的proxy层能够更加专注于提供基础架构能力，例如：

  • 服务发现(discovery)

  • 负载均衡(load balancing)

  • 故障恢复(failure recovery)

  • 服务度量(metrics)

  • 服务监控(monitoring)

  • A/B测试(A/B testing)

  • 灰度发布(canary rollouts)

  • 限流限速(rate limiting)

  • 访问控制(access control)

  • 身份认证(end-to-end authentication)

等功能。

(3) 它使得业务工程团队与基础架构团队都更加高效的工作，各自专注于自己的工作，更好的彼此赋能。

今天来说一下Istio的核心架构设计。

关于Istio的架构设计，官网用了这样一句话：

逻辑上，Istio分为：

  • 数据平面(data plane)

  • 控制平面(control plane)

这两个词，是Istio架构核心，但又是大家被误导最多的地方。

数据平面和控制平面，不是ServiceMesh和Istio第一次提出，它是计算机网络，报文路由转发里很成熟的概念：

  • 数据平面(data plane)：一般用来做快速转发

  • 控制平面(control plane)：为快速转发提供必要的信息

画外音：上两图为路由器架构。

它的设计原则是：

  • 在一个路由设备里，转发是最重要的工作，它具备最高的优先级，数据平面(data  plane)的设计核心就是高效转发，如何在最短的时间里处理最多的包，往往使用高效内存管理、队列管理、超时管理等技术实现在硬件里

  • 控制平面(control plane)则不然，它要实现路由协议，设备管理，IGMP，ARP协议的，它更偏向于控制与应用，往往由软件实现

画外音：

  • IGMP(Internet GroupManagement Protocol)，一个组播协议;

  • ARP(Address ResolutionProtocol)，这个大家比较熟悉，根据IP地址获取MAC地址;

Istio的架构核心与路由器非常类似：

  • 服务(最上面的小红框)，通过本地通讯与proxy交互

  • 数据平面，由一系列proxy组成(中间一层的两个小红框)，核心职责是：高效转发;接收和实施来自mixer的策略;

  • 控制平面(底下的大红框)，核心是控制与应用，核心职责是：管理和配置边车代理;通过mixer实施策略与收集来自边车代理的数据;

画外音：

  • sidecar proxy，原文使用的是envoy，后文envoy表示代理;

  • mixer，不确定要怎么翻译了，有些文章叫“混音器”，后文直接叫mixer;

  • pilot，galley，citadel，不敢翻译为飞行员，厨房，堡垒，后文直接用英文;

如架构图所示，该两层架构中，有五个核心组件。

数据平面，有一个核心组件：Envoy (proxy)

Envoy的核心职责是高效转发，更具体的，它具备这样一些能力：

  • 服务发现

  • 负载均衡

  • 安全传输

  • 多协议支持，例如HTTP/2，gRPC

  • 断路器(Circuit breakers)

  • 健康检查

  • 百分比分流路由

  • 故障注入(Fault injection)

  • 系统度量

大部分能力是RPC框架都具备，或者比较好理解的，这里面重点介绍下断路器和故障注入。

断路器设计

它是软件架构设计中，一个服务自我保护，或者说降级的设计思路。

举个例子：当系统检测出某个接口有大量超时时，断路器策略可以终止对这个接口的调用(断路器打开)，经过一段时间后，再次尝试调用，如果接口不再超时，则慢慢恢复调用(断路器关闭)。

故障注入设计

它是软件架构设计中，一种故意引入故障，以扩大测试覆盖范围，保障系统健壮性的方法，主要用于测试。

国内大部分互联网公司，架构设计中不太会考虑故障注入，在操作系统内核开发与调试，路由器开发与调试中经常使用，可以用来模拟内存分配失败、磁盘IO错误等一些非常难出现的异常，以确保测试覆盖度。

控制平面，有四个核心组件：Mixer

Mixer的一些核心能力是：

  • 跨平台，作为其他组件的adapter，实现Istio跨平台的能力;

  • 和Envoy通讯，实时各种策略

  • 和Envoy通讯，收集各种数据

Mixer的设计核心在于“插件化”，这种模型使得Istio能够适配各种复杂的主机环境，以及后端基础设施。

Pilot

Pilot作为非常重要的控制平面组件，其核心能力是：

  • 为Envoy提供服务发现能力;

  • 为Envoy提供各种智能路由管理能力，例如A/B测试，灰度发布;

  • 为Envoy提供各种弹性管理能力，例如超时，重试，断路策略。

Pilot的设计核心在于“标准化”，它会将各种流控的控制命令转化为Envoy能够识别的配置，并在运行时，将这些指令扩散到所有的Envoy。Pilot将这些能力抽象成通用配置的好处是，所有符合这种标准的Envoy都能够接入到Pilot来。

潜台词是，任何第三方可以实现自己的proxy，只要符合相关的API标准，都可以和Pilot集成。

Citadel

Citadel组件，它提供终端用户身份认证，以及服务到服务的访问控制。总之，这是一个和安全相关的组件。

Galley

Gally组件，它是一个配置获取、校验、处理、分发的组件，它的设计核心在于“解耦”，它将“从底层平台(例如：K8S)获取用户配置”与Istio解耦开来。

花边：为什么80%的中文用户对Istio的二层架构的了解是错的?

很多朋友问我，通过什么渠道学习最新的技术知识，我的回答一直是，英文官网。

画外音：本文所有信息来源于Istio1.1英文官网。

我在百度搜了下Istio，80%的资料，将二层架构翻译为：

  • 数据面板

  • 控制面板

画外音：大家可以百度搜一下“istio 控制面板”

一开始我极其蒙圈，因为“数据平面”和“控制平面”是非常成熟的翻译，路由器就是使用这个二层架构，ServiceMesh使用相同的架构设计进行解耦，应该不需要创造性翻译呀。

后来，我懂了：

  • 控制平面(control plane)

  • 控制面板(control panel)

半吊子英语的程序员，二手的技术文档，真害人，唉。

总结

Istio采用二层架构，五大模块，进行微服务ServiceMesh解耦：

(1) 数据平面，主要负责高效转发

  • envoy模块：即proxy;

(2) 控制平面，主要负责控制与应用

  • mixer模块：支持跨平台，标准化API的adapter;

  • pilot模块：控制与配置envoy的大部分策略;

  • citadel模块：安全相关;

  • galley模块：与底层平台(例如：K8S)配置解耦;

实施与控制分离，经典的架构设计方法，GOT?

思路比结论重要。

（文章来源：58沈剑）