回归单体模式——Istio 1.5 新特性解读

复杂是万恶之源,让我们停止焦虑,爱上单体。

Istio 1.5 回归单体,无论架构和使用方式都发生了巨大变化。因此笔者决定对 1.5 的变化内容做深入解读,以便开发者可以更好的理解和学习新版本,为使用和升级提供参考。

架构调整

这部分主要分析 Istio 1.5 在架构上的调整,这也是该版本最核心的变化。主要包括重建了控制平面,将原有的多个组件整合为一个单体结构 istiod;同时废弃了被诟病已久的 Mixer 组件。还对是否向后兼容的部分也做了说明,如果你要从 1.4.x 版本升级到 1.5 必须知道这些变化。

重建控制平面

官方使用的是重建(Restructuring)而不是重构(Refactoring)一词,可见其变化之大。在 Istio 1.5 中,控制平面将使用新的部署模式,将原有的各个组件整合在一起。

Istiod

Istio 1.5 中会使用一个全新的部署模式:istiod。这个组件是控制平面的核心,负责处理配置、证书分发、sidecar 注入等各种功能。istiod 是新版本中最大的变化,以一个单体组件替代了原有的架构,在降低复杂度和维护难度的同时,也让易用性得到提升。需要注意的一点是,原有的多组件并不是被完全移除,而是在重构后以模块的形式整合在一起组成了 istiod

Sidecar 注入

以前版本的 sidecar 注入是由 istio-sidecar-injector webhook 实现的。在新版本中 webhook 保留了下来,但整合进了 istiod 中,注入逻辑保持不变。

Galley

  • 配置验证 - 功能保留,并入 istiod
  • MCP Server - 改为默认关闭。对于大多数用户来说只是一个实现细节。如果确定依赖它,需要部署 istio-galley 并启动其进程。
  • 实验特性(例如配置分析)- 也需要部署 istio-galley

Citadel

以前 Citadel 的 2 个功能是生成证书以及 SDS 开启时以 gRPC 方式向 nodeagent 提供密钥。1.5 版本中密钥不再写入每个命名空间,只通过 gRPC 提供。这一功能也被并入 istiod

SDS 节点代理

nodeagent 被移除。

Sidecar

以前,sidecar 能以两种方式访问证书:以文件挂载的密钥;SDS。新版本中所有密钥都存在本地运行的 SDS 服务器上。对绝大部分用户来说只需要从 istiod 中获取。对于自定义 CA 的用户,仍然可以挂载文件密钥,不过仍然由本地 SDS 服务器提供。这意味着证书轮询将不再需要 Envoy 重启。

CNI

CNI 没有改变,仍在 istio-cni 中。

Pilot

istio-pilot 的独立组件和进程被移除,由包含了它全部功能的 istiod 取而代之。为了向后兼容,仍有少许对 Pilot 的引用。

废弃 Mixer

在 Istio 1.5 中 Mixer 被废弃了。默认情况下 mixer 完全关闭。遥测的 V2 版本在新版本中是默认特性且不需要 mixer。如果你对 Mixer 的特殊功能有依赖,比如进程外适配器,需要重新开启 Mixer。Mixer 还会持续修复 bug 和安全漏洞直到 Istio 1.7 版本。mixer 的许多功能在 Mixer Deprecation 文档中都描述了替代方案,包括基于 Wasm sandbox API 的 in-proxy 扩展.

新版本中 HTTP 遥测默认基于 in-proxy Stats filter。这节省了 50% 的 CPU 使用量。1.5 中的遥测 V2 和老版本主要有以下几点不同:

  • 流量的来源和目标如果没有注入 sidecar,部分遥测信息将无法收集。
  • Egress 遥测不再支持。
  • Histogram bucketization 和 V1 版本有很大不同。
  • TCP 遥测只支持 mTLS。
  • 需要更多的 Prometheus 实例来收集所有代理的数据。

如果开发者之前使用的是 Istio 默认的 HTTP 遥测,迁移到新版本是没问题的。可以直接通过 istioctl upgrade 自动升级到 V2。

最被社区开发者唾弃的 Mixer 终于被废弃,可以说它是影响老版本性能的罪魁祸首。现在皆大欢喜,甚至呼声最高的 Wasm 方案也提上日程。当然我们也能看出 Istio 团队为了保证老版本的升级依赖并没有一刀切的干掉 Mixer,持续修复 bug 到 1.7 版本的深层含义是它会在 1.7 的时候被彻底移除?

控制平面安全

老版本中,当设置了 values.global.controlPlaneSecurityEnabled=true 时,代理将安全地与控制平面交互,这是 1.4 版本的默认配置。每个控制平面组件都有一个带有 Citadel 证书的 sidecar,代理通过端口 15011 连接到 Pilot。

新版本中,不再推荐或以默认方式将代理连接到控制平面。作为替代,使用由 Kubernetes 或 Istiod 签发的 DNS 证书。代理通过端口 15012 连接到 Pilot。

功能更新

Istio 1.5 不仅仅做了减法,也做了很多加法,包括添加了新的功能,性能优化和 Bug 修复。这一部分列举了新版本中在流量管理、安全、遥测等多个功能方面的改进。

流量管理

  • 提升了 ServiceEntry 的性能。
  • 修复了 readiness 探针不一致问题。
  • 通过定向局部更新的方式改善了配置更新的性能。
  • 添加了为 host 设置所在负载均衡器设置的选项。
  • 修复了 Pod 崩溃会触发过度配置推送的问题。
  • 修复了应用调用自己的问题。
  • 添加了使用 Istio CNI 时对 iptables 的探测。
  • 添加了 consecutive_5xx  gateway_errors 作为离群值探测选项。
  • 提升了 EnvoyFilter 匹配性能优化。
  • 添加了对 HTTP_PROXY 协议的支持。
  • 改进了 iptables 设置,默认使用 iptables-restore
  • 默认开启自动协议探测

安全

  • 添加 Beta 认证 API。新 API 分为 PeerAuthentication  RequestAuthenticaiton,面向工作负载。
  • 添加认证策略,支持 deny 操作和语义排除。
  • Beta 版本默认开启自动 mTLS。
  • 稳定版添加 SDS。
  • Node agent 和 Pilot agent 合并,移除了 Pod 安全策略的需要,提升了安全性。
  • 合并 Citadel 证书发放功能到 Pilot。
  • 支持 Kubernetes first-party-jwt 作为集群中 CSR 认证的备用 token。
  • 通过 Istio Agent 向 Prometheus 提供密钥和证书。
  • 支持 Citadel 提供证书给控制平面。

遥测

  • 为 v2 版本的遥测添加 TCP 协议支持。
  • 在指标和日志中支持添加 gRPC 响应状态码。
  • 支持 Istio Canonical Service
  • 改进 v2 遥测流程的稳定性。
  • 为 v2 遥测的可配置性提供 alpha 级别的支持。
  • 支持在 Envoy 节点的元数据中添加 AWS 平台的元数据。
  • 更新了 Mixer 的 Stackdriver 适配器,以支持可配置的刷新间隔来跟踪数据。
  • 支持对 Jaeger 插件的 headless 收集服务。
  • 修复了 kubernetesenv 适配器以提供对名字中有.的 Pod 的支持。
  • 改进了 Fluentd 适配器,在导出的时间戳中提供毫秒级输出。

Operator

  •  IstioOperator API 替代了 IstioControlPlane API。
  • 添加了 istioctl operator init  istioctl operator remove 命令。
  • 添加缓存改善了调和速度。

性能和扩展性

  • 为网关生成集群时忽略没用的服务。
  • 为 headless 服务略过调用 updateEDS
  • 在 ingress 网关中默认关闭 SNI-DNAT 
  • 错误覆盖声明。
  • 容量已知时,基于容量创建切片。

测试和发布

  •  istioctl 创建了Docker镜像。

istioctl

  • 添加 mTLS 分析器。
  • 添加 JwtAnalyzer。
  • 添加 ServiceAssociationAnalyzer。
  • 添加 SercretAnalyaer。
  • 添加 sidecar ImageAnalyzer。
  • 添加 PortNameAnalyzer。
  • 添加 Policy DeprecatedAnalyzer。
  •  RequestAuthentication 添加了更多的验证规则。
  • istioctl analyze 从实验特性转为正式特性。
  • 添加新标记 -A|--all-namespaces  istioctl analyze,来分析整个集群。
  • 添加通过 stdin  istioctl analyze 的内容分析。
  • 添加 istioctl analyze -L 显示所有可用分析列表。
  • 添加从 istioctl analyze 抑制信息的能力。
  •  istioctl analyze 添加结构化格式选项。
  •  istioctl analyze 的输出添加对应的文档链接。
  • 通过 Istio API 在分析器中提供标注方法。
  • istioctl analyze 可以基于目录加载文件。
  • istioctl analyze 尝试将消息与它们的源文件名关联。
  • istioctl analyze 可打印命名空间。
  • istioctl analyze 默认分析集群内资源。
  • 修复分析器抑制集群级别资源消息的 bug。
  •  istioctl manifest 添加多文件支持。
  • 替换 IstioControlPlane API 为 IstioOperator API。
  •  istioctl dashboard 添加选择器.
  •  istioctl manifest --set 标记添加切片和列表支持。

总结

Istio 1.5 是全面拥抱变化的一个版本。重建整个控制平面,打造了全新的部署模式 istiod;摒弃了拖累系统性能的 Mixer;保证兼容性也不忘持续优化和引入新的功能。在彻底抛弃历史包袱的同时,Istio团队也用他们的勇气践行了敏捷开发的真谛。随着稳定的季度发布,相信未来的 Istio 会越加成熟。让我们拭目以待。