2.4 通过 Service Mesh 来进行服务治理

Service Mesh 的出现，为异构微服务体系治理打开了一种全新的思路。

2016 年可以说是 service mesh 的元年，Buoyant 公司 CEO William Morgan 率先发布 Linkerd ，成为业界首个 Service Mesh 项目，同年 Lyft 发布 Envoy ，成为第二个 service mesh 项目。
2017年，Google、IBM、Lyft 联手发布了 Istio，它与 Linkerd / Envoy 等项目相比，它首次给大家增加了控制平面的概念，提供了强大的流量控制能力。经过多年的发展 Istio，已经逐步成为控制平面的事实标准。
1.0 版本的问世标志着Istio 进入了可以生产可用的时代，越来越多的企业将服务网格应用于生产中。
1.5 版本开始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，统一为Istiod服务，方便部署和运维。

Istio 的架构

下图是一个 Istio 的典型架构

图 2-4-1
Istiod 作为控制面的统一组件，负责对接服务注册发现、路由规则管理、证书管理等能力，Envoy Proxy 作为数据面Sidecar代理业务流量，Istio 和Envoy Proxy 之间通过XDS 接口完成服务发现、路由规则等数据的传递，同时Istio 也提供了MCP Over XDS接口对接外部注册中心，如Nacos。

Istio除了支持东西向的流量代理之外，还支持南北流量的代理，通过Istio Ingress Gateway 作为入口的网关，通过Istio Egress Gateway作为出口网关，这样Istio将可以对全域流量进行治理。
图 2-4-2

在云原生微服务治理中提供了基于ASM Istio的服务治理能力，包含标签路由、服务鉴权、故障注入、金丝雀发布、服务测试、无损上下线等。

图 2-4-3

流量劫持能力

iptables 是 Linux 内核中的防火墙软件 netfilter 的管理工具，位于用户空间，同时也是 netfilter 的一部分。Netfilter 位于内核空间，不仅有网络地址转换的功能，也具备数据包内容修改、以及数据包过滤等防火墙功能。

在kubernetes的方案中，Istio会在开启了Sidecar注入标记的Pod中注入一个Init Container和一个普通容器istio-proxy，Init Container容器会执行一段iptables脚本，根据脚本的参数，将Inbound和OutBound流量都导入到Envoy指定的端口上，Istio-Proxy容器由2个进程组成，Pilot Agent会用来获取Envoy的启动配置，然后创建一个Envoy的进程，同时会对Envoy 进程进行健康检查。
图 2-4-4

基于 ebpf 流量劫持能力

由于 eBPF 技术的兴起，在可观测性和网络包的处理上有了不少优秀的实践，像Cilium被大家所熟知，使用eBPF 的 sockops 和 redir 等能力，可以高效地处理数据包。

使用 iptables 的技术，需要对出入口都拦截，会让原本只需在内核态处理两次的链路，变成四次，造成大量的性能损失，这对一些性能要求高的场景有明显的影响。相比于基于Iptables的流量劫持技术，基于ebpf的技术可以将应用发出的包直接转发到对端的 socket，加速包在内核中的处理流程。

ebpf在做流量劫持的过程，针对出口流量，需要修改连接的目的地址，发送到新的端口，同时要记住之前的目的地址，这样便于Envoy将流量进行转发，针对入口流量也是类似的，只是需要将劫持到的Envoy端口修改为15006端口。

流量路由过程

流量路由分为 Inbound 和 Outbound 两个过程，Inbound即为进入Pod的流量，OutBound即为Pod访问出去的流量，以下将描述流量的处理流程

Inbound handler 的作用是将 iptables 拦截到的 downstream 的流量转交给 localhost，与 Pod 内的应用程序容器建立连接，可以通过访问15000的admin接口查看业务Pod 的 Listener 列表，从中可以看到0.0.0.0:15006/TCP 的 Listener（其实际名字是 virtualInbound）监听所有的 Inbound 流量，Inbound handler 的流量被 virtualInbound Listener 转移到 Pod的指定端口的Listener，然后找到对应的Cluster和Endpoint进行转发，这样流量顺利到达业务容器指定的端口。

Outbound handler 的作用是将 iptables 拦截到的本地应用程序发出的流量，经由 sidecar 判断如何路由到 upstream。应用程序容器发出的请求为 Outbound 流量，被 iptables 劫持后转移给 Outbound handler 处理，然后经过 virtualOutbound Listener、服务端对应端口的 Listener，然后通过 Route指定的端口号找到 upstream 的 cluster，进而通过 EDS 找到 Endpoint 执行路由动作。

基于Envoy Filter的服务治理

Istio通过Sidecar将服务治理的能力进行了标准化和统一化，比如故障注入、金丝雀发布、负载均衡、服务鉴权，同时还提供了可观测的能力，如Metrics、日志。
Envoy 是 Istio 中的 Sidecar 官方标配，是一个面向服务架构的高性能网络代理，由 C++ 语言实现，拥有强大的定制化能力。Envoy 是面向服务架构设计的L7代理和通信总线，核心是一个 L3/L4 网络代理。可插入 filter 链机制允许开发人员编写 filter 来执行不同的 TCP 代理任务并将其插入到主体服务中。Envoy 还支持额外的 HTTP L7 filter 层。可以将 HTTP filter 插入执行不同任务的 HTTP 连接管理子系统，可以查看每个Envoy的Config Dump看到Http filter配置，Envoy 根据这些配置决定如何执行对应的流量处理流程。

图 2-4-5
Envoy 提供的过滤器包括侦听器过滤器（Listener Filters）、网络过滤器（Network Filters）、HTTP过滤器（HTTP Filters）三种类型，它们共同组成了一个层次化的过滤器链，侦听器过滤器在初始连接阶段访问原始数据并操作 L4 连接的元数据，网络过滤器访问和操作 L4 连接上的原始数据，即TCP数据包，HTTP 过滤器在 L7 上运行，由网络过滤器（即 HTTP 连接管理器，HTTP Connection Manager）创建。这些过滤器用于访问、操作 HTTP 请求和响应。