Istio 入门(三)：体验 Istio、微服务部署、可观测性

发布于

本教程已加入 Istio 系列：https://istio.whuanle.cn

3，快速入门

在本章中，我们正式迈入学习 Istio 的第一步。因为 Istio 的知识体系是较为庞大的，因此我们可以先通过本章的入门教程快速了解如何使用 Istio 部署一套微服务，以及 Istio 核心功能的使用方法，了解 Istio 可以为微服务解决什么问题。

在本章中，我们将会学习到如何部署一套微服务、如何使用 Istio 暴露服务到集群外，并且如何使用可观测性组件监测流量和系统指标。

在后面的章节中，笔者会针对每个 Istio 组件做单独讲解，而在本章中，我们只需要大概了解使用方法即可。

书店微服务

本章教程示例使用的是 Istio 官方的一套微服务，这套微服务是一个在线书店，打开页面之后会看到一个分类、书的信息以及书的评论，页面的内容由不同的子服务提供。

1684807907059

书店微服务分为四个单独的微服务，在上图中已经使用红色方框画出来了。这四个微服务分别是：

  • productpage： 汇集所有服务的数据，生成浏览页面。
  • details：存储了书籍的信息，如描述、作者、出版社等。
  • reviews：存储了书籍相关的评论，但是不包含评分打星。
  • ratings：存储评论中的评分打星。

在这个微服务中，Productpage 服务对外提供 Web 访问页面，而且其它的三个服务只能在集群内部访问。四个服务分别采用了不同的语言开发，Productpage 聚合其它三个服务的信息生成一个页面。

在微服务设计中，我们不要每个子服务都暴露端口到集群外部，应该通过一些应用集中数据后给外部显示。我们可以使用 API 网关，代理子服务一部分接口，然后在 API 网关中实现基于客户端或第三方调用的身份验证。

productpage、details、ratings 都只有一个 v1 版本，而 reviews 有三个版本。

ratings 负责给出用户打分的数据，例如一星、两星。而 reviews 三个版本分别对 ratings 的数据做以下处理：

  • reviews v1：屏蔽星级，不显示打分；
  • reviews v2：显示星级，使用灰色星星表示，★★★★☆；
  • reviews v3：显示星级，使用红色星星表示，★★★★☆；
8e06a36d6a43d9261c590daadedbfd44_noistio

【图源 istio 官网 】

服务依赖图如下所示：

image-20230507162407860

接下来我们将会使用 Kuubernetes Deployment 部署这些服务，这跟常规的 Kubernetes 部署并无差别。

预先准备

给这些示例服务创建一个命名空间。

代码语言：javascript
复制
kubectl create namespace bookinfo

给命名空间添加 Istio 的标签，指示 Istio 在部署应用（只对 Pod 起效）的时候，自动注入 Envoy Sidecar Proxy 容器：

代码语言：javascript
复制
kubectl label namespace bookinfo istio-injection=enabled

开启让 Istio 注入 Sidecar 有很多种方式，其中一种是给命名空间设置下标签，在此命名空间下部署的 Pod，会被自动注入 Sidecar 。

你可以从本系列教程的 git 仓库中找到这些示例，文件位置：https://github.com/whuanle/istio_book/tree/main/3。

仓库拉取后打开 3 目录，执行命令进行部署：

代码语言：javascript
复制
kubectl -n bookinfo apply -f details_deploy.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f details_svc.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f details_sa.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f ratings_deploy.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f ratings_svc.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f ratings_sa.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f reviews_v1_deploy.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f reviews_v2_deploy.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f reviews_v3_deploy.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f reviews_svc.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f reviews_sa.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f productpage_deploy.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f productpage_svc.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f productpage_sa.yaml

或者你可以参考下面的四个小节，通过手动的方式部署应用，了解每一个应用是如何定义的。

details 应用

存储了书籍信息的应用。

部署命令：

代码语言：javascript
复制
kubectl -n bookinfo apply -f details_deploy.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f details_svc.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f details_sa.yaml

使用 Deployment 部署 details 应用。

details_deploy.yaml

代码语言：javascript
复制
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: details-v1
  labels:
    app: details
    version: v1
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: details
      version: v1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: details
        version: v1
    spec:
      serviceAccountName: bookinfo-details
      containers:
      - name: details
        image: docker.io/istio/examples-bookinfo-details-v1:1.17.0
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 9080
        securityContext:
          runAsUser: 1000

部署 details。

代码语言：javascript
复制
kubectl -n bookinfo apply -f details_deploy.yaml

为 details 服务配置 Kubernetes Service 。

details_svc.yaml

代码语言：javascript
复制
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: details
  labels:
    app: details
    service: details
spec:
  ports:
  - port: 9080
    name: http
  selector:
    app: details
代码语言：javascript
复制
kubectl -n bookinfo apply -f details_svc.yaml

接下来为 details 服务创建一个 ServiceAccount。

Istio 为服务之间的通信提供基于双向 TLS 的认证，这是是通过给每个 ServiceAccount 创建一个证书实现的，可以使用 ServiceAccount 验证对方的身份，不同的应用可以共享同一个 ServiceAccount，但是为每个 Deployment 使用单独的 ServiceAccount 可以更好地组织和管理安全配置。

details_sa.yaml

代码语言：javascript
复制
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: bookinfo-details
  labels:
    account: details
代码语言：javascript
复制
kubectl -n bookinfo apply -f details_sa.yaml
ratings 应用

提供每条评论的打星数据。

部署命令：

代码语言：javascript
复制
kubectl -n bookinfo apply -f ratings_deploy.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f ratings_svc.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f ratings_sa.yaml

ratings_deploy.yaml

代码语言：javascript
复制
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: ratings-v1
  labels:
    app: ratings
    version: v1
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: ratings
      version: v1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: ratings
        version: v1
    spec:
      serviceAccountName: bookinfo-ratings
      containers:
      - name: ratings
        image: docker.io/istio/examples-bookinfo-ratings-v1:1.17.0
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 9080
        securityContext:
          runAsUser: 1000

ratings_svc.yaml

代码语言：javascript
复制
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: ratings
  labels:
    app: ratings
    service: ratings
spec:
  ports:
  - port: 9080
    name: http
  selector:
    app: ratings

ratings_sa.yaml

代码语言：javascript
复制
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: bookinfo-ratings
  labels:
    account: ratings
reviews v1/v2/v3 应用

提供书籍的评论信息。

部署命令：

代码语言：javascript
复制
kubectl -n bookinfo apply -f reviews_v1_deploy.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f reviews_v2_deploy.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f reviews_v3_deploy.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f reviews_svc.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f reviews_sa.yaml

为三个版本的 reviews 创建三个 Deployment。

reviews_v1_deploy.yaml

代码语言：javascript
复制
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: reviews-v1
  labels:
    app: reviews
    version: v1
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: reviews
      version: v1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: reviews
        version: v1
    spec:
      serviceAccountName: bookinfo-reviews
      containers:
      - name: reviews
        image: docker.io/istio/examples-bookinfo-reviews-v1:1.17.0
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        env:
        - name: LOG_DIR
          value: "/tmp/logs"
        ports:
        - containerPort: 9080
        volumeMounts:
        - name: tmp
          mountPath: /tmp
        - name: wlp-output
          mountPath: /opt/ibm/wlp/output
        securityContext:
          runAsUser: 1000
      volumes:
      - name: wlp-output
        emptyDir: {}
      - name: tmp
        emptyDir: {}

reviews_v2_deploy.yaml

代码语言：javascript
复制
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: reviews-v2
  labels:
    app: reviews
    version: v2
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: reviews
      version: v2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: reviews
        version: v2
    spec:
      serviceAccountName: bookinfo-reviews
      containers:
      - name: reviews
        image: docker.io/istio/examples-bookinfo-reviews-v2:1.17.0
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        env:
        - name: LOG_DIR
          value: "/tmp/logs"
        ports:
        - containerPort: 9080
        volumeMounts:
        - name: tmp
          mountPath: /tmp
        - name: wlp-output
          mountPath: /opt/ibm/wlp/output
        securityContext:
          runAsUser: 1000
      volumes:
      - name: wlp-output
        emptyDir: {}
      - name: tmp
        emptyDir: {}

reviews_v3_deploy.yaml

代码语言：javascript
复制
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: reviews-v3
  labels:
    app: reviews
    version: v3
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: reviews
      version: v3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: reviews
        version: v3
    spec:
      serviceAccountName: bookinfo-reviews
      containers:
      - name: reviews
        image: docker.io/istio/examples-bookinfo-reviews-v3:1.17.0
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        env:
        - name: LOG_DIR
          value: "/tmp/logs"
        ports:
        - containerPort: 9080
        volumeMounts:
        - name: tmp
          mountPath: /tmp
        - name: wlp-output
          mountPath: /opt/ibm/wlp/output
        securityContext:
          runAsUser: 1000
      volumes:
      - name: wlp-output
        emptyDir: {}
      - name: tmp
        emptyDir: {}

给三个 Deployment 创建一个 Service，三个相同应用的不同版本共有同一个 Service。

reviews_svc.yaml

代码语言：javascript
复制
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: reviews
  labels:
    app: reviews
    service: reviews
spec:
  ports:
  - port: 9080
    name: http
  selector:
    app: reviews

reviews_sa.yaml

代码语言：javascript
复制
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: bookinfo-reviews
  labels:
    account: reviews
productpage 应用

页面聚合服务，供用户浏览书籍信息。

部署命令：

代码语言：javascript
复制
kubectl -n bookinfo apply -f productpage_deploy.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f productpage_svc.yaml
kubectl -n bookinfo apply -f productpage_sa.yaml

productpage_deploy.yaml

代码语言：javascript
复制
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: productpage-v1
  labels:
    app: productpage
    version: v1
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: productpage
      version: v1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: productpage
        version: v1
    spec:
      serviceAccountName: bookinfo-productpage
      containers:
      - name: productpage
        image: docker.io/istio/examples-bookinfo-productpage-v1:1.17.0
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 9080
        volumeMounts:
        - name: tmp
          mountPath: /tmp
        securityContext:
          runAsUser: 1000
      volumes:
      - name: tmp
        emptyDir: {}

productpage_svc.yaml

代码语言：javascript
复制
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: productpage
  labels:
    app: productpage
    service: productpage
spec:
  ports:
  - port: 9080
    name: http
  selector:
    app: productpage

productpage_sa.yaml

代码语言：javascript
复制
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: bookinfo-productpage
  labels:
    account: productpage

检查

执行命令完成后，查看 bookinfo 命名空间下的 Pod。

代码语言：javascript
复制
kubectl get pods -n bookinfo
image-20230503094126330

可以看到，每个 Pod 的 READY 属性都是 2/2 ，这表示该 Pod 中有两个容器，并且当前有两个容器已经就绪。

如果我们查看其中一个 Pod 的组成结构，会发现有 Pod 被塞进了一个 istio-proxy 容器。

image-20230503094048232

如果 Kubernetes 中没有安装 Dashbooard ，那么可以使用 kubectl -n bookinfo describe pod {Pod ID} 查看组成结构。

接着使用 kubectl -n bookinfo get svc 查看 Service，四个微服务都已经被注册了 Service。

image-20230503094624702

然后我们访问 productpage 对应的 CLUSTER-IP：

代码语言：javascript
复制
curl 10.233.37.130:9080

默认 Istio 不会开启零信任双向认证模式，因此在集群内可以自己访问应用。如果开启了 mTLS 双向认证模式，则只能在 Pod 中访问应用。

可以看到返回了一堆 html，说明我们的部署是正常的。

临时访问

接着为了查看页面效果，我们在暂未使用 Istio-ingressgateway 之前，临时创建一个 Service 暴露 productpage 的页面。

productpage_tmpsvc.yaml

代码语言：javascript
复制
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: productpagetmp
  labels:
    app: productpage
    service: productpage
spec:
  ports:
  - port: 9080
    name: http
  selector:
    app: productpage
  type: NodePort
代码语言：javascript
复制
kubectl -n bookinfo apply -f  productpage_tmpsvc.yaml

查看所有 Service：

代码语言：javascript
复制
root@k8smain:/data/learn/book# kubectl -n bookinfo get svc
NAME             TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
details          ClusterIP   10.233.63.247   <none>        9080/TCP         40m
productpage      ClusterIP   10.233.37.130   <none>        9080/TCP         23m
productpagetmp   NodePort    10.233.47.14    <none>        9080:30258/TCP   77s
ratings          ClusterIP   10.233.7.6      <none>        9080/TCP         36m
reviews          ClusterIP   10.233.58.219   <none>        9080/TCP         23m

然后在页面中访问 30258 端口（大家的端口不一样，按自己的来）。

image-20230503100005259

接着打开 http://192.168.3.150:30258/productpage?u=normal。

因为当前使用 Service 绑定 Pod，因此会使用轮询实现负载均衡，你可以多次刷新 http://192.168.3.150:30258/productpage?u=normal，会查到右侧的评分星星有所变化。

Istio 默认情况下使用轮询负载均衡的方法。

页面右侧评论显示规则是 无星星 => 黑色星星 => 红色星星。

productpagetmp

部署入口网关

什么是 Gateway

终于来到体验 Istio 的时刻了，在本小节中，我们将会为 productpage 创建 Istio Gateway，对外提供网页访问。

在第二章中，我们已经部署了 istio-ingressgateway，这个组件起到了类似 nginx、apisix 的效果，对外提供端口访问，然后将流量转发到内部服务中。

但是 istio-ingressgateway 并不能直接转发流量到 Pod，它还需要进行一些配置。我们要为 productpage 创建一个站点，绑定对应的域名，这样外部访问 istio-ingressgateway 的端口时，istio-ingressgateway 才知道该将流量转发给谁。在 Istio 中，定义这种绑定关系的资源叫 Gateway。

后面的章节会解释清楚，这里大概了解即可。

image-20230523105731802

Gateway 类似 Nginx 需要创建一个反向代理时需要绑定的域名配置。

部署 Gateway

创建一个 Gateway，绑定域名入口。

ingress_gateway.yaml

代码语言：javascript
复制
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: Gateway
metadata:
  name: bookinfo-gateway
spec:
  selector:
    istio: ingressgateway
  servers:
  - port:
      number: 80
      name: http
      protocol: HTTP
    hosts:
    - "*"

hosts 表示对外开放的访问路径，你可以绑定域名、IP 等。这里使用 * ，表示所有访问都可以进入此网关。

代码语言：javascript
复制
kubectl -n bookinfo apply -f ingress_gateway.yaml

这一步就像 nginx 的监听配置：

代码语言：javascript
复制
server {
    listen      80;
    server_name example.org www.example.org;
    #...
}

当我们创建 Istio Gateway 之后，istio-ingressgateway 会为我们监控流量，检测不同的域名或端口属于哪个 Istio Gateway 。

image-20230507191326199

部署 VirtualService

什么是 VirtualService

虽然创建了 Istio Gateway，但是我们还不能直接通过网关访问到前面部署的微服务，我们还需要创建 Istio VirtualService 将 Istio Gateway 跟对应的 Kubernetes Service 绑定起来，然后流量才能正式流向 Pod。

image-20230523111048859

请一定要注意这里，流量实际并不会经过 Service 中，但是 VirtualService 需要通过 Service 来发现 Pod。

这里类似 nginx 配置反向代理，配置监听之后，还需要指向将请求映射到哪个地址。

代码语言：javascript
复制
server {
    listen      80;
    server_name example.org www.example.org;
    #...
}

location /some/path/ {

proxy_pass http://A:9080;

}

为什么不直接将 Gateway 跟 Service 绑定，而是中间加个 VirtualService 呢？有句话叫做，计算机领域中的问题，都可以通过增加一个层来解决。

VirtualService 的主要目标是为服务提供稳定的入口地址，并通过配置一系列的路由规则来控制流量在网格内的行为。

就以最简单的路由区配来说，Kubernetes Service 是不支持路由规则的，而 Istio 可以通过指定路由后缀中；Service 不支持流量分析，负载均衡只有轮询。而 Istio 利用 Service 来发现 Pod，然后直接将流量转发到 Pod 中，可以实现各种功能。

VirtualService 可以用于实现以下功能：

请求路由：将请求路由到特定的服务或版本，例如将请求分发到不同版本的服务，以实现灰度发布或金丝雀发布。

请求重试：为失败的请求配置重试策略，以提高服务的可用性。

请求超时：设置请求的超时时间，以便在特定时间内没有得到响应时中断请求。

请求镜像：将请求的副本发送到另一个服务，用于测试新版本的服务，而不影响实际的生产流量。

流量分割：将流量按照特定的比例分发到不同的服务或版本，以实现流量控制。

部署 VirtualService

productpage_vs.yaml

代码语言：javascript
复制
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3

kind: VirtualService

metadata:

name: bookinfo

spec:

hosts:


    

  • "*"
    
gateways:
    • 

  • bookinfo-gateway
    
http:
    • 

  • match:

      

    • uri:
      
exact: /productpage
      • 

    • uri:
      
prefix: /static
      • 

    • uri:
      
exact: /login
      • 

    • uri:
      
exact: /logout
      • 

    • uri:
      
prefix: /api/v1/products
      
route:
      • 

    • destination:
      
host: productpage
      
port:
      
number: 9080
代码语言：javascript
复制
kubectl -n bookinfo apply -f productpage_vs.yaml

关于 VistualService 中各种配置的作用，在 4.1 章节中会有介绍。

这里的 YAML 分为两大部分，第一部分是 http.match，表示暴露了哪些 API 地址，外部访问时只能访问到这些地址。

image-20230507193102866

可以通过 http.match 限制集群外部访问此地址时所能使用的 URL。

然后通过 http.route 绑定 Kubernetes Service ，通过 Service 中的服务发现，将流量转发到对应的 Pod 中。

image-20230507193219882

host 这里，由于 VirtualService 跟 Service/Pod 在同一个命名空间中，所以只需要配置 Service 的名称即可，如果要跨命名空间访问，则需要加上完整的命名空间名称。

什么是 DestinationRule

在本章中，会提前预告 DestinationRule，下一章才会使用 DestinationRule，这里我们知道还有 DestinationRule 这个东西即可。

Istio VistualService 中可以限制外部能够访问的路由地址，而 DestinationRule 则可以配置访问的 Pod 策略。可以为 Istio VistualService 绑定一个 Istio DestinationRule，通过 DestinationRule 我们还可以定义版本子集等，通过更加丰富的策略转发流量。

image-20230507192751780

由于只暴露了五个地址，所以外部直接访问 / ，是打不开页面的。

检查

为了确保网关没问题，我们需要执行 Istio 命令查看日志：

代码语言：javascript
复制
istioctl analyze

然后我们查看为 productpage 创建的网关。

代码语言：javascript
复制
root@k8smain:/data/learn/book# kubectl get gw -A
NAMESPACE   NAME               AGE
bookinfo    bookinfo-gateway   26m

Kubernetes 本身也有一个 Gateway，因此不能使用 kubectl get gateway 来获取 Istio 的 Gateway，而是使用简写 gw。

然后查看 VistualService。

代码语言：javascript
复制
root@k8smain:/data/learn/book# kubectl get vs -A
NAMESPACE   NAME       GATEWAYS               HOSTS   AGE
bookinfo    bookinfo   ["bookinfo-gateway"]   ["*"]   79m

在第二章中，我们通过 Helm 部署了 istio-ingressgateway，其访问端口如下：

image-20230503122226493

在本节部署 bookinfo-gateway 的时候，我们使用了端口 80，因此不需要另外配置 ，直接通过 istio-ingressgateway 的 32309 端口访问即可。

访问时一定需要带 /productpage ，因为我们并没有放通 /。

image-20230503122808034

尝试修改 Gateway 端口

如果需要更换端口，可以修改 istio-ingressgateway 的 Service，增加新的端口映射。

代码语言：javascript
复制
kubectl edit svc istio-ingressgateway -n istio-system
1683088306346

然后修改前面的 ingress_gateway.yaml，将端口从 80 改成 666 。

1683088377651

即可通过 32666 端口访问到此微服务。

示例：http://192.168.3.150:30666/productpage

image-20230503123418870
#微服务#istio#部署#服务#入门