SM，Istio，闻所未闻？实施与控制分离的架构设计方法！（第100讲，一文讲透，万字收藏）

《架构师之路：架构设计中的100个知识点》

100. ServiceMesh，Istio，实施与控制分离

上一章《SM，它解决什么问题？（第99讲）》聊了ServiceMesh的缘起。要聊ServiceMesh，就不得不提Istio，它是ServiceMesh的最流行实践，今天聊聊Istio。

什么是Istio？

Istio是ServiceMesh的落地化产品，它：

1. 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；

画外音：Istio helps you to connect, secure, control, and observe microservices.

2. 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)...

3. 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；

画外音：说的还是解耦。

为什么要用Istio？

Istio官网是这么说的：

1. 可以通过，在现有服务器新增部署边车代理(sidecar proxy)，应用程序不用改代码，或者只需要改很少的代码，就能实现上述N项基础功能；

画外音：你信了么？

2. 可以通过，控制后台，简单改改配置，点点按钮，就能管理和查看上述N项基础功能；

3. 以下特性，Istio在这个环节里进行了附加说明：

- 支持多协议，HTTP, gRPC, WebSocket, TCP

- 通过路由、重试、故障转移对流量进行细粒度流控

- 通过可插拔策略层以及可配置API，能够支持流量访问控制、限速、配额管理

- 自动度量、日志收集、调用跟踪

- 服务到服务的身份认证

Istio的核心特性是什么？

Istio强调了它提供的五项关键特性：

1. 流控(traffic management)

断路器(circuit breakers)、超时、重试、高可用、多路由规则、AB测试、灰度发布、按照百分比分配流量等。

2. 安全(security)

加密、身份认证、服务到服务的权限控制、K8S里容器到容器的权限控制等。

3. 可观察(observability)

追踪、监控、数据收集，通过控制后台全面了解上行下行流量，服务链路情况，服务运行情况，系统性能情况，国内微服务架构体系，这一块做得不够好。

4. 平台无关系(platform support)

K8s，物理机，自己的虚机都没问题。

5. 集成与定制(integration and customization)

可定制化扩展功能。

Istio的特性，对于国外很多通过RESTful提供内网服务的公司，很有吸引力，但相对于国内微服务架构，未必达到了很好的拉拢效果：

1. 国内基本都是TCP的RPC框架，多协议支持未必是必须的；

2. RPC框架里，路由、重试、故障转移、负载均衡、高可用都是最基础的；

3. 流控、限速、配额管理，是服务治理的内容，在微服务架构初期是锦上添花；

4. 自动度量，系统入口出口数据收集，调用跟踪，可观察和可操控的后台确实是最吸引人的；

5. 服务到服务的身份认证，微服务基本是内网访问，在架构初期也只是锦上添花；

另外，为什么Istio代理会叫sidecar proxy？

图片

看了上图就容易懂了，biz和proxy相生相伴，就像摩托车(motor)与旁边的车厢(sidecar)。后文，sidecar和proxy就指微服务进程解耦成两个进程之后，提供基础能力的那个代理进程。

Istio这么牛逼，它的核心架构如何呢？

官网用了这样一句话：

图片

逻辑上，Istio分为：

1. 数据平面(data plane);

2. 控制平面(control plane);

这两个词，是Istio架构核心。

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：

图片

1. 数据平面(data plane)：一般用来做快速转发；

2. 控制平面(control plane)：为快速转发提供必要的信息；

图片

画外音：上两图为路由器架构。

它的设计原则是：

1. 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；

2. 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：

图片

1. 服务（最上面的小红框），通过本地通讯与proxy交互；

2. 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

3. 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

如架构图所示，该两层架构中，有五个核心组件。

数据平面，有几个核心组件？

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：

（1）服务发现

（2）负载均衡

（3）安全传输

（4）多协议支持，例如HTTP/2，gRPC

（5）断路器(Circuit breakers)

（6）健康检查

（7）百分比分流路由

（8）故障注入(Fault injection)

（9）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，有几个核心组件？

Mixer

Mixer的一些核心能力是：

1. 跨平台，作为其他组件的adapter，实现Istio跨平台的能力；

2. 和Envoy通讯，实施各种策略；

3. 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：

1. 为Envoy提供服务发现能力；

2. 为Envoy提供各种智能路由管理能力，例如A/B测试，灰度发布；

3. 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

Galley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。

总结

图片

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：即proxy

2. 控制平面，主要负责控制与应用：

- mixer：支持跨平台，标准化API的adapter

- pilot：控制与配置envoy的大部分策略

- citadel：安全相关

- galley：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，你学会了吗？

知其然，知其所以然。

思路比结论更重要。

==全文完==

有架构合集吗？

合集一：《流量从10万到10亿，一定会遇到的80个架构问题（8000字长文）》

画外音：从理论到实践，15年架构师生涯的系统性总结。

合集二：《关于即时通讯架构的一切！》

画外音：职业生涯前5年，都在做IM架构。