Kubernetes是容器的编排工具，可以非常方便的进行大规模的容器调度。通过这种模式，将传统的软件模式改造成微服务模式。这种微服务的架构模式，将复杂系统切分为数十乃至上百个小服务，每个服务负责实现一个独立的业务逻辑。这些小服务易于被小型的软件工程师团队负责，这带来了语言和框架选择灵活性，并可以缩短应用开发上线时间，可根据不同的工作负载和资源要求对服务进行独立缩扩容等优势。但另一方面，当应用被拆分为多个微服务进程后，进程内的方法调用变成了了进程间的远程调用。这就引入了对大量服务的连接、管理和监控的复杂性。

在微服务模式中，如何实现各个进程间的通信，是微服务中一个重要的部分。

Istio是CNCF提出的由Google、IBM、Lyft等共同开源的Service Mesh框架。是连接Kubernetes和Serverless架构的重要基础设施层。

一 Istio简介

1 Istio

Isito主要实现以下三个功能：
1.监控
2.安全
3.流量管理
其架构图如下：

其中，Citadel是服务间认证加密的组件，Pilot是服务间通信策略的控制层面，Galley负责检查用户的策略配置。

其中Pilot是数据层面的控制组件，Proxy是数据层面的执行组件。

2 流量管理

根据前面的描述，我们知道，在Istio中，流量管理通过Pilot和Envoy实现。Pilot对Envoy通过下面几个组件进行流量策略的控制：

1.Gateway - 是Istio的IngressGateway，流量通过这个Gateway进入VirtualService。

2.VirtualService - 通过
a.HTTP header
b.URIs
c.Ports
d.sourceLables
对流量进行分类，分发到不同的Service上。

3.DestinationRule -定义了流量如何分发到Pod上，比如负载均衡策略、Session Affinity等。同时还可以通过Label对同一组服务进行更细致的分组，比如ServiceA-v1、ServiceA-v2。用于流量的splitting。

本文将介绍在GKE上如何实现通过Isito实现service间流量的控制。

二环境准备

1 GKE

在Google Cloud上创建GKE Cluster，enable Istio，具体命令行如下：

gcloud beta container clusters create "istiodemo" --zone "us-central1-c" --num-nodes "4" --enable-stackdriver-kubernetes --enable-ip-alias --addons HttpLoadBalancing,Istio

通过Console界面查看创建的GKE Cluster：

查看Istio相关的workload：

2 本地安装Istioctl工具

本文采用Istio1.4.3：

export ISTIO_VERSION=1.4.3
curl -L https://git.io/getLatestIstio | ISTIO_VERSION=$ISTIO_VERSION sh -

检查Istio版本

./istioctl version --short

client version: 1.4.3
control plane version: 04871014b586f671f2ce14646e5061945f75c9c5
data plane version:  (1 proxies)

查看istio状态：

这里采用Istio的Demo profile，可以用下面的命令：

istioctl manifest apply --set profile=demo

可以看到各种监控的工具都安装完成：

3 安装bookinfo

Bookinfo跟随Istio的安装包一起下载到本地目录。Bookinfo的软件架构如下：

安装过程如下：

kubectl label namespace default istio-injection=enabled
kubectl apply -f samples/bookinfo/platform/kube/bookinfo.yaml

查看pod、service信息：

红框表示出来的，都是bookinfo相关的deployment。

红框表示出来的，都是bookinfo相关的service。
查看应用的状态：

kubectl exec -it $(kubectl get pod -l app=ratings \
      -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}') \
      -c ratings -- curl productpage:9080/productpage \
      | grep -o "<title>.*</title>"

Simple Bookstore App

三通过Istio进行流量管理

1 配置Gateway和VirtualService使外部可以访问

配置Istio Ingress Gateway，使外部可以访问bookinfo：

kubectl apply -f samples/bookinfo/networking/bookinfo-gateway.yaml

配置文件如下：

apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: Gateway
metadata:
 name: bookinfo-gateway
spec:
 selector:
   istio: ingressgateway # use istio default controller
 servers:
 - port:
     number: 80
     name: http
     protocol: HTTP
   hosts:
   - "*"
---
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

查看GW的公网地址：

kubectl get svc -n istio-system
NAME                     TYPE           CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP                                                                                                                                          
istio-citadel            ClusterIP      10.0.12.62    <none>                                                                                                                                    
istio-galley             ClusterIP      10.0.5.255    <none>                                                                                                                           
istio-ingressgateway     LoadBalancer   10.0.13.240   35.202.166.31     
istio-pilot              ClusterIP      10.0.6.138    <none>                                                                                                                
istio-policy             ClusterIP      10.0.2.42     <none>                                                                                                                          
istio-sidecar-injector   ClusterIP      10.0.0.149    <none>                                                                                                                                             
istio-telemetry          ClusterIP      10.0.15.195   <none>                                                                                                              
promsd                   ClusterIP      10.0.5.191    <none>

可以看到istio-ingressgateway的公网地址是35.202.166.31。通过这个IP地址访问bookinfo：

curl -s http://$Gateway_URL/productpage | grep -o "<title>.*</title>"

Simple Bookstore App

通过Kiali界面istioctl dashboard kiali: admin/admin可以看到Micro Service间拓扑关系：

2 部署DestinationRule

kubectl apply -f samples/bookinfo/networking/destination-rule-all.yaml

配置文件内容：

apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: DestinationRule
metadata:
 name: productpage
spec:
 host: productpage
 subsets:
 - name: v1
   labels:
     version: v1
---
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: DestinationRule
metadata:
 name: reviews
spec:
 host: reviews
 subsets:
 - name: v1
   labels:
     version: v1
 - name: v2
   labels:
     version: v2
 - name: v3
   labels:
     version: v3
---
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: DestinationRule
metadata:
 name: ratings
spec:
 host: ratings
 subsets:
 - name: v1
   labels:
     version: v1
 - name: v2
   labels:
     version: v2
 - name: v2-mysql
   labels:
     version: v2-mysql
 - name: v2-mysql-vm
   labels:
     version: v2-mysql-vm
---
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: DestinationRule
metadata:
 name: details
spec:
 host: details
 subsets:
 - name: v1
   labels:
     version: v1
 - name: v2
   labels:
     version: v2
---

这个Destination Rule中包含每个子应用的不同版本。此时在刷新网页时，可以看到3个版本的Review。

通过脚本持续的访问页面：

for i in {1..100}; 
do curl -o /dev/null -s -w %{http_code} \
         http://35.188.64.161/productpage; 
sleep 1; 
done

此时流量是基本均担的：

3 配置VirtualService流量导向v1

kubectl apply -f samples/bookinfo/networking/virtual-service-all-v1.yaml

配置文件内容：

apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
 name: productpage
spec:
 hosts:
 - productpage
 http:
 - route:
   - destination:
       host: productpage
       subset: v1
---
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
 name: reviews
spec:
 hosts:
 - reviews
 http:
 - route:
   - destination:
       host: reviews
       subset: v1
---
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
 name: ratings
spec:
 hosts:
 - ratings
 http:
 - route:
   - destination:
       host: ratings
       subset: v1
---
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
 name: details
spec:
 hosts:
 - details
 http:
 - route:
   - destination:
       host: details
       subset: v1
---

可以看到，所有的流量都导向v1的subset。包括productpage、reviews、ratings、details。此时再刷新页面，都只有相同的内容。

4 配置VirtualService通过识别http header内容进行控制流量

VirtualService可以通过http header中的内容对流量进行控制。这里采用用户名来进行控制：

kubectl apply  \
   -f samples/bookinfo/networking/virtual-service-reviews-test-v2.yaml

配置文件内容：

apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
 name: reviews
spec:
 hosts:
   - reviews
 http:
 - match:
   - headers:
       end-user:
         exact: jason
   route:
   - destination:
       host: reviews
       subset: v2
 - route:
   - destination:
       host: reviews
       subset: v1

可以看到，如果用户是jason，流量将导向v2，否则导向v1.
使用jason登录，可以看到review的页面是下面黑色的星星。是v2的subset。

退出登录，或用随意的名字登录，都是没有星星的v1版本：

5 配置VirtualService流量导向v1和v3各一半

清除上面实验的配置：

kubectl delete \
      -f samples/bookinfo/networking/virtual-service-all-v1.yaml

此时流量会在3个版本间轮训。
下面的配置会只导向v1:

kubectl apply \
      -f samples/bookinfo/networking/virtual-service-all-v1.yaml

采用下面的配置，把流量在v1和v3间各50%分流：

kubectl apply \
    -f samples/bookinfo/networking/virtual-service-reviews-50-v3.yaml

配置的具体内容：

apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
 name: reviews
spec:
 hosts:
   - reviews
 http:
 - route:
   - destination:
       host: reviews
       subset: v1
     weight: 50
   - destination:
       host: reviews
       subset: v3
     weight: 50

此时可以看到流量在v1和v3间轮询：

6 配置VirtualService流量导向v3

应用如下配置：

kubectl apply \
      -f samples/bookinfo/networking/virtual-service-reviews-v3.yaml

配置的具体内容如下：

apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
 name: reviews
spec:
 hosts:
   - reviews
 http:
 - route:
   - destination:
       host: reviews
       subset: v3

这样流量都导向v3:

7 配置VirtualService流量导向v1和v2，比例9:1

应用如下配置：

kubectl apply \
    -f samples/bookinfo/networking/virtual-service-reviews-90-10.yaml

配置的具体内容如下：

apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
 name: reviews
spec:
 hosts:
   - reviews
 http:
 - route:
   - destination:
       host: reviews
       subset: v1
     weight: 90
   - destination:
       host: reviews
       subset: v2
     weight: 10

此时90%流量导向v1，10%的流量导向v2。可以通过多刷页面看到v2的黑色星星页面。

四总结

通过在GKE上的Istio的Gateway/VirtualService/DestinationRule可以非常方便的控制各个微服务间的流量调度。

创作场景

GKE 上通过 Istio 控制微服务间流量