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Istio 如何支持虚拟机

注：本文基于 Istio 1.7 版本撰写。

Istio 是目前最流行的服务网格，用于连接、保护、控制和观察服务。当其 2017 年开源时，Kubernetes 已赢得容器编排之战，Istio 为了满足组织转向微服务的需求。虽然 Istio 声称支持异构环境，如 Nomad、Consul、Eureka、Cloud Foundry、Mesos 等，但实际上，它一直与 Kubernetes 合作得最好——它的服务发现就是基于 Kubernetes。

Istio 在发展初期就因为一些问题而饱受诟病，比如组件数量多、安装和维护复杂、调试困难、由于引入了太多的新概念和对象（多达 50 个 CRD）而导致学习曲线陡峭，以及 Mixer 组件对性能的影响。但这些问题正在被 Istio 团队逐渐克服。从 2020 年初发布的路线图中可以看出，Istio 已经取得了长足的进步。

将基于虚拟机的工作负载更好地集成到服务网格中，是 Istio 团队今年的一大重点。Tetrate 还通过其产品 Tetrate Service Bridge 提供了无缝的多云连接、安全性和可观察性，包括针对虚拟机的。本文将带您了解为什么 Istio 需要与虚拟机整合，以及如何整合。

Istio 为什么要支持虚拟机？

虽然现在容器和 Kubernetes 已经被广泛使用，但仍然有很多部署在虚拟机上的服务和 Kubernetes 集群之外的 API 需要由 Istio mesh 来管理。如何将棕地环境与绿地环境统一管理，这是一个巨大的挑战。

将虚拟机引入到网格中需要具备什么条件？

在介绍如何集成虚拟机之前，我先介绍一下将虚拟机添加到 Mesh 中需要什么条件。在支持虚拟机流量时，Istio 必须知道几件事：哪些虚拟机的服务要添加到 Mesh 中，以及如何访问虚拟机。每个虚拟机还需要一个身份，以便与服务网格的其他部分安全地通信。这些需求可以和 Kubernetes CRD 一起工作，也可以和 Consul 这样的完整的服务注册表一起工作。而基于服务账户的身份引导机制，为没有平台身份的虚拟机分配工作负载身份。对于有平台身份的虚拟机（如 EC2、GCP、Azure 等），Istio 正在进行这方面的工作，将平台身份与 Kubernetes 身份进行交换，方便设置 mTLS 通信。

Istio 如何支持虚拟机？

Istio 对虚拟机的支持始于其服务注册表机制。Istio mesh 中的服务和实例信息来自 Istio 的服务注册表，到目前为止，Istio 的服务注册表只关注或跟踪 pod。在新的版本中，Istio 现在有资源类型来跟踪和观察虚拟机。网格内的 sidecar 无法观察和控制网格外服务的流量，因为它们没有任何信息。

Istio 社区和 Tetrate 在 Istio 对虚拟机的支持上做了很多工作。1.6 版本中增加了 WorkloadEntry，它允许你像描述 Kubernetes 中运行的主机一样描述虚拟机。在 1.7 版本中，该版本开始增加了通过令牌将虚拟机自动引导到 service mesh 中的基础，Istio 做了大量的工作。Istio 1.8 首次推出另一个名为 WorkloadGroup 的抽象，它类似于 Kubernetes Deployment 对象 —— 但适用于虚拟机。

下图显示了 Istio 如何在网格中对服务进行建模。最主要的信息来源来自于 Kubernetes 这样的平台服务注册表，或者 Consul 这样的系统。此外，ServiceEntry 作为用户定义的服务注册表，对虚拟机上的服务或组织外部的服务进行建模。

Istio 中的服务注册发现模型

为什么不直接使用 ServiceEntry 引入虚拟机中的服务，却还要大费周折在虚拟机中安装 Istio？

使用 ServiceEntry，你可以让网格内部的服务发现和访问外部服务；此外，还可以管理这些外部服务的流量。结合 VirtualService，你还可以为相应的外部服务配置访问规则，比如请求超时、故障注入等，从而实现对指定外部服务的控制访问。 即便如此，它也只能控制客户端的流量，而不能控制引入的外部服务对其他服务的访问。也就是说，它不能控制作为调用发起者的服务的行为。在虚拟机中部署 sidecar，通过工作负载选择器引入虚拟机工作负载，可以像 Kubernetes 中的 pod 一样，对虚拟机进行无差别管理。

Demo

在下面这个 demo 中我们将使在 GKE 中部署 Istio 并运行 bookinfo 示例，其中 ratings 服务的后端使用的是部署在虚拟机上的 MySQL，该示例可以在 Istio 官方文档中找到，我作出了部分改动，最终的流量路由如下图所示。

Bookinfo 示例中的流量示意图

安装流程

下面是示例的安装步骤：

  1. 在 Google Cloud 中部署 Kubernetes 集群，Kubernetes 版本是 1.16.13；
  2. 在 GKE 中安装 Istio 1.7.1；
  3. 在 Google Cloud 中启动一台虚拟机并配置 Istio，将其加入到 Istio Mesh 中，这一步需要很多手动操作，生成证书、创建 token、配置 hosts 等；
  4. 在 Istio Mesh 中部署 bookinfo 示例；
  5. 在虚拟机中安装 MySQL；
  6. 为虚拟机设置 VPC 防火箱规则；
  7. 将虚拟机中的 MySQL 服务作为 ServiceEntry 引入到 Mesh 中并作为 rating 服务的后端；
  8. 修改 MySQL 表中的数据，验证 bookinfo 中的 rating 相应的行为符合预期；

未来方向

从 bookinfo 的演示中可以看出，在这个过程中涉及到的人工工作太多，很容易出错。在未来，Istio 会改进虚拟机测试的可操作性，根据平台身份自动引导，改进 DNS 支持和 istioctl 调试等。大家可以关注 Istio 环境工作组，了解更多关于虚拟机支持的细节。

参考阅读