istio源码解析系列(一)-istio源码架构介绍及开发环境搭建

前言

本系列文章主要从源码（35e2b904）出发，对istio做深入剖析，让大家对istio有更深的认知，从而方便平时排查问题。不了解Service Mesh和Istio的同学请先阅读敖小剑老师如下文章进行概念上的理解：

• Service Mesh：下一代微服务
• 服务网格新生代-Istio

本文主要对istio在ubuntu16.04下环境搭建做简单介绍，Mac用户和其他linux发行版用户请根据bash脚本做相应调整。

概述

Istio为希腊文，意思是“启航”，和“kubernetes（舵手）”遥相呼应，是一个开源的微服务管理、保护、监控的基础设施。Istio发音“意丝帝欧”，重音在“意”上。

前两篇文章主要对istio开发环境以及通过服务治理配置生效流程做了介绍。考虑到有些用户可能没有接触过Istio，本文会对Istio整体架构、内部各组件做介绍。

Istio是逻辑上分为数据平面（Data Plane）和控制平面（Control Plane）。

• 数据平面的含义是什么？官网是这么描述的：

The data plane is composed of a set of intelligent proxies (Envoy) deployed as sidecars that mediate and control all network communication between microservices.

数据平面由一组作为sidecar智能代理（Envoy）和它掌控网络通信的的微服务实例组成。sidecar的意思是边三轮，一个Envoy实例掌控一个微服务实例的入口和出口流量，像边三轮一样。

• 对于控制平面，官网给出的定义是：

The control plane is responsible for managing and configuring proxies to route traffic, as well as enforcing policies at runtime.

控制平面由Pliot、Mixer、Istio-Auth组成，负责管理和配置代理的路由流量以及运行时服务治理策略的执行。

整体架构

Istio架构图如下所示：

• Envoy
  是一个高性能轻量级代理，它掌控了service的入口流量和出口流量，它提供了很多内置功能，如动态负载服务发现、负载均衡、TLS终止、HTTP/2 & gRPC流量代理、熔断、健康检查等功能。

• Mixer
  翻译过来是混音器，Mixer负责在整个Service Mesh中实施访问控制和使用策略。Mixer是一个可扩展组件，内部提供了多个模块化的适配器(adapter)。
  Envoy提供request级别的属性（attributes）数据。这些数据交由Mixer进行评估和处理，Mixer中的各种适配器(adapter)基于这些属性数据，来实现日志记录、监控指标采集展示、配额管理、ACL检查等功能。

• Pilot
  翻译过来是领航员，Pliot对Envoy的生命周期进行管理，同时提供了智能路由（如A/B测试、金丝雀部署）、流量管理（超时、重试、熔断）功能。Pliot接收用户指定的高级路由规则配置，转换成Envoy的配置，使这些规则生效。

• Istio-Auth
  服务间认证和终端用户认证功能。

源码结构介绍

Istio源码托管于Github，项目使用Go开发。

以35e2b904为例，istio代码结构如下所示：

.
├── addons                                   
├── bin
├── broker
├── docker
├── galley
├── install
├── istioctl
├── mixer
├── pilot
├── pkg
├── prow
├── release
├── samples
├── security
├── tests
├── tools
├── vendor
├── codecov.requirement
├── codecov.skip
├── CONTRIBUTING.md
├── downloadIstio.sh
├── Gopkg.lock
├── Gopkg.toml
├── istio.deps
├── istio.VERSION
├── istio.yaml
├── LICENSE
├── lintconfig_base.json
├── Makefile
├── OWNERS
└── README.md

部分包\文件\文件夹功能列表如下：

Package/Directory/File	Introduction
addons	一些插件，比如展示metrics的grafana和绘制服务调用图的servicegraph
bin	存放初始化依赖、编译、插件证书检查、代码生成的脚本
broker	Istio对Open Service Broker的一种实现，该API使得外部服务能自动访问Istio服务。broker目前还处于研发阶段。
galley	提供了Istio的配置管理功能，目前还处于研发阶段。
install	生成各环境（ansible、consul、ereka、kubernetes等）安装istio时需要yaml配置清单。
istioctl	istio终端控制工具（类似kubectl之于kubernetes），用户通过istioctl来修改istio运行时配置，执行服务治理策略。
mixer	“混音器”，参与到tracffic处理流程。通过对envoy上报的attributes进行处理，结合内部的adapters实现日志记录、监控指标采集展示、配额管理、ACL检查等功能。
pilot	“领航员”，pliot对Envoy的生命周期进行管理，同时提供了智能路由（如A/B测试、金丝雀部署）、流量管理（超时、重试、熔断）功能。
pkg	顶级公共包，包含istio版本处理、tracing、日志记录、缓存管理等。
release	包含Istio在各平台上进行编译的脚本。
samples	Istio提供的微服务样例，比如bookinfo。
security	Istio用户身份验证、服务间认证。
tests	测试用例、脚本等。
vendor	dep生成的第三方依赖。
Gopkg.*	dep需要version constraint和version lock文件。
Makefile	Istio Makefile，编译docker镜像时会引用tools/istio-docker.mk这个Makefile。

开发环境搭建

安装docker

# 参考 https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/ubuntu/#install-docker-ce-1

配置docker代理[可选]

新建/etc/systemd/system/docker.service.d/http-proxy.conf，添加如下配置

[Service]
Environment="HTTP_PROXY=http:///" "HTTPS_PROXY=http:///" "NO_PROXY=192.168.0.0/16,127.0.0.0/8" # your_proxy替换成你自己的代理

安装virtualbox

# virtualbox需要装最新的5.2.10, https://www.virtualbox.org/wiki/Linux_Downloads
# Mac OS
wget https://download.virtualbox.org/virtualbox/5.2.10/VirtualBox-5.2.10-122088-OSX.dmg
# ubuntu AMD64
wget https://download.virtualbox.org/virtualbox/5.2.10/virtualbox-5.2_5.2.10-122088~Ubuntu~xenial_amd64.deb && sudo apt install ./virtualbox-5.2_5.2.10-122088~Ubuntu~xenial_amd64.deb
# centos6 AMD64
wget https://download.virtualbox.org/virtualbox/5.2.10/VirtualBox-5.2-5.2.10_122088_el6-1.x86_64.rpm && yum install ./VirtualBox-5.2-5.2.10_122088_el7-1.x86_64.rpm
# centos7 AMD64
wget https://download.virtualbox.org/virtualbox/5.2.10/VirtualBox-5.2-5.2.10_122088_el7-1.x86_64.rpm && yum install ./VirtualBox-5.2-5.2.10_122088_el7-1.x86_64.rpm

安装k8s集群

使用vagrant安装k8s集群[建议]

参考jimmysong的vagrant教程kubernetes-vagrant-centos-cluster，其中节点个数根据自己机器配置酌情更改(参考kubernetes-vagrant-centos-cluster)。

使用minikube安装k8s集群[可选]

• 安装minikube

curl -Lo minikube https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64 && chmod +x minikube && sudo mv minikube /usr/local/bin/ # 下载minikube
curl -Lo kubectl https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/$(curl -s https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/stable.txt)/bin/linux/amd64/kubectl && chmod +x kubectl && sudo mv kubectl /usr/local/bin/ # 下载kubectl

• 启动k8s

# 注minikube可以不使用virtualbox启动k8s，不过需要dockerc处于桥接模式，否则可能导致网络连接不通，配置过程请自行搜索
minikube start \
--extra-config=controller-manager.ClusterSigningCertFile="/var/lib/localkube/certs/ca.crt" \
--extra-config=controller-manager.ClusterSigningKeyFile="/var/lib/localkube/certs/ca.key" \
--extra-config=apiserver.Admission.PluginNames=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,PersistentVolumeLabel,DefaultStorageClass,DefaultTolerationSeconds,MutatingAdmissionWebhook,ValidatingAdmissionWebhook,ResourceQuota \
--kubernetes-version=v1.9.4 \
--logtostderr

配置Istio repo

• 配置github并拉取代码

# 配置github代理
git config --global http.https://github.com.proxy http://proxy:1080

# 在github上fork Istio，并clone到自己公共的$GOPATH/src/istio.io/下
mkdir -p $GOPATH/src/istio.io
cd $GOPATH/src/istio.io
git clone https://github.com/$YOU/istio
cd istio
git remote add upstream 'https://github.com/istio/istio'
git config --global --add http.followRedirects 1

• 配置环境变量

未避免污染全局环境变量，强烈建议安装autoenv。

cd $GOPATH/src/istio.io/istio

在istio根目录下新增.env文件，配置如下：

export GOPATH=$YOUR_GOPATH # $YOUR_GOPATH为你的GOPATH路径
export PATH=$PATH:$GOPATH/bin
export ISTIO=$GOPATH/src/istio.io # eg. ~/go/src/istio.io

# Please change HUB to the desired HUB for custom docker container
# builds.
export HUB="docker.io/$USER" # $USER为你的dockerhub账号

# The Istio Docker build system will build images with a tag composed of
# $USER and timestamp. The codebase doesn't consistently use the same timestamp
# tag. To simplify development the development process when later using
# updateVersion.sh you may find it helpful to set TAG to something consistent
# such as $USER.
export TAG=$USER # TAG为你编译Istio各组建后打包镜像的tag，建议Mac/ubuntu当前账号

# If your github username is not the same as your local user name (saved in the
# shell variable $USER), then replace "$USER" below with your github username
export GITHUB_USER=$USER # GITHUB_USER为你的github账号

# Specify which Kube config you'll use for testing. This depends on whether
# you're using Minikube or your own Kubernetes cluster for local testing
# For a GKE cluster:
export KUBECONFIG=${HOME}/.kube/config
# Alternatively, for Minikube:
# export KUBECONFIG=${GOPATH}/src/istio.io/istio/.circleci/config

export ISTIO_DOCKER_HUB="docker.io/$USER" # make build时使用此变量
export ISTIO_VERSION=$USER                # make build时使用此变量

使当前.env生效：

cd .

Istio编译组件并测试

• 编译镜像

# make init # 初始化，检查目录结构、Go版本号、初始化环境变量、检查vendor等
make docker # 对各组件（istioctl、mixer、pilot、istio-auth等）进行二进制包编译、测试、镜像编译
make push # 推送镜像到dockerhub

# 其他指令
make pilot  docker.pilot # 编译pilot组件和镜像
make app  docker.app # 编译app组件和镜像
make proxy  docker.proxy # 编译proxy组件和镜像
make proxy_init  docker.proxy_init # 编译proxy_init组件和镜像
make proxy_debug  docker.proxy_debug # 编译proxy_debug组件和镜像
make sidecar_injector  docker.sidecar_injector # 编译sidecar_injector组件和镜像
make proxyv2  docker.proxyv2 # 编译proxyv2组件和镜像

make push.docker.pilot # 推送pilot镜像到dockerhub，其他组件类似

• 其他脚本

cd $GOPATH/src/istio.io/istio

./bin/get_workspace_status # 查看当前工作目录状态，包括环境变量等
install/updateVersion.sh -a ${HUB},${TAG} # 使用当前环境变量生成Istio清单
samples/bookinfo/build_push_update_images.sh # 使用当前环境变量编译并推送bookinfo镜像

• 测试镜像

参考Istio doc

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作者

郑伟，小米信息部技术架构组

招聘

小米信息部武汉研发中心，信息部是小米公司整体系统规划建设的核心部门，支撑公司国内外的线上线下销售服务体系、供应链体系、ERP体系、内网OA体系、数据决策体系等精细化管控的执行落地工作，服务小米内部所有的业务部门以及 40 家生态链公司。

同时部门承担微服务体系建设落地及各类后端基础平台研发维护，语言涉及 Go、PHP、Java，长年虚位以待对微服务、基础架构有深入理解和实践、或有大型电商后端系统研发经验的各路英雄。

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