摘要

十年云计算浪潮下，DevOps、容器、微服务等技术飞速发展，云原生成为潮流。2020年华为云在业界率先提出了云原生2 .0的理念。云原生2.0是企业智能升级新阶段，企业云化从“ON Cloud”走向“IN Cloud”，成为“新云原生企业”，新生能力与既有能力立而不破、有机协同，实现资源高效、应用敏捷、业务智能、安全可信。同时，微服务流量治理与监控成为了Istio的重要内容之一。

服务治理介绍

微服务是互联网高速发展以及传统分布式、SOA架构无法适应快速的开发迭代等多重因素共同推动下的产物。微服务雏形（微服务架构概念）最早由Fred George在2012年的一次技术大会上所提出的，拆分SOA服务实现解耦。微服务发扬光大是在2014年，James Lewis 和 Martin Flowler发表了一篇名为《Microservices》的文章。

如下图所示，随着集中式服务根据功能的不同进行拆分后，会出现很多的微服务，那么怎么管理这些微服务呢？这就涉及到服务治理的概念。

服务治理主要针对微服务，那它究竟治理什么？

1. 服务注册和服务发现。由于存在众多的微服务，那么它们之间的注册和发现就是一项重要内容。

2. 服务负载均衡、路由、灰度发布、蓝绿部署。为了保证服务的高可用和健壮性，需要通过多实例部署实现。在服务多实例的管理过程中就会涉及到服务的负载均衡、路由选择，灰度发布以及蓝绿部署等问题。

3. 服务降级、熔断。当某些服务发生异常时，就会触发机制。隔离有问题的服务，降低该服务的可访问级别。

4. 服务限流，最常用的功能之一。

5. 服务监控，包含进程、CPU、请求数、请求时延等。常见的微服务架构有 SpringCloud、Dubbo。

下面介绍一下服务网格与微服务框架流量治理的对比情况：

1. 业务侵入性方面，微服务框架通过 SDK 形式，侵入式开发；服务网格通过 Sidecar 形式，无侵入。

2. 开发语言方面，微服务框架与语言强相关，通常来说，Java 生态支持比较好一些；服务网格与开发语言无关。

3. 灵活性方面，微服务框架属于静态配置，更新配置需要重启；服务网格配置时，非常灵活，可以实现动态配置。

4. 升级方面，微服务框架需要业务开发人员优雅的处理服务升级，具有很大的难度；服务网格实现优雅升级非常简单。

Istio 常用流量治理策略

1. 流量治理策略一：服务注册与发现

服务注册和发现是微服务时代最重要的内容，当注册中心出现问题的时候，整个服务集群就会不可用。如下图所示，众多的微服务都会注册到Kubernetes、Consul、Eureka、ZooKeeper中，通过Pilot实现服务发现，由Envoy提供数据支持。

2. 流量治理策略二：负载均衡

支持负载均衡策略的算法有哪些？常见的算法有加权轮询、最少请求数、环形Hash、随机选择、优先级负载均衡、Locality加权。

Istio的负载均衡策略API主要是通过DestinaRule.TrafficPoliy属性设置，第一种是Simple，类型是SimpleLB（oneof），一种简单的负载均衡策略（ROUND_ROBIN，LEAST——CONN,RANDOM,PASSTHROUGH）。第二种是consistentHash，类型是ConsistentHashLB（oneof），一致性Hash负载均衡算法（支持HTTP Header，HTTP Cookie，源地址，Query Param）。第三种是localityLbSetting，类型是LocalityLoadBalancerSetting，它是基于位置信息的负载均衡。

接下来重点介绍一个第三种负载均衡策略LocalityLoadBalancerSetting，它支持两种模式，第一种是Distribute, 类型是Distribute[]，显式的指定跨不同可用域的负载均衡权重。第二种是Failover，类型是Failover[]，显式的指定负载均衡故障转移策略，指明当本区域的服务实例变得不健康时，请求转移到哪些区域。

下面介绍一下负载均衡使用说明。

1）simple属性设置方式如下所示：

2）consistentHash属性设置方式如下所示：

3）高级LocalityLoadBalancerSetting属性设置failover的方式如下所示：

4）高级LocalityLoadBalancerSetting属性设置distribute的方式如下所示：

3. 流量治理策略三：路由（流量切分、灰度发布）

路由匹配条件，根据不同条件设置不同的权重。Istio的实现路由治理的API是通过VirtualService.HTTPRoute属性设置，主要有两种方式，第一种是Match，类型是HTTPMatchRequest[]，HTTP匹配（uri，header，scheme，method，query param等）第二种是Route，类型是HTTPRouteDestination[]，用来指定路由目的端，支持权重设置。

下面介绍路由策略的使用说明。

1）subsets属性设置方式如下所示：

2）http属性设置方式如下所示：

4. 流量治理策略四：熔断、降级

Istio实现服务熔断和降级的API主要是通过ConnectionPoolSettings属性设置实现的，其中包括TCP和HTTP两种模式。TCP模式，类型是TCPSettings，主要作用于TCP连接池设置。HTTP模式，类型是HTTPSettings，作用于HTTP连接池设置。

下面详细介绍一下TCPSettings属性，它包括maxConnections（最大连接数）、connectTimeout（连接超时时间）、tcpKeepAlive（Keepalive设置）；HTTPSettings属性包括http1MaxPendingRequests（最大并发请求）、http2MaxRequests（最大并发请求）、maxRequestPerConnection（每条连接最大请求数）；OutlierDetection属性包括consecutiveGatewayErrors（连续网管错误502、503、504）、Consecutive5XxErrors（连续5xx错误）、Interval（Eject分析间隔）、baseEjectionTime（最小Eject周期）、maxEjectionPercent（最大Eject百分比）。

下面介绍熔断策略的使用说明。

1）ConnectionPool和OutlierDetection属性设置方式如下所示：

5. 流量治理策略五：故障注入

故障注入可以用来识别系统最薄弱的环节，支持的类型如下：

1） HTTP请求响应延时注入

2） HTTP、gRPC错误码注入

如下图所示，图1设置20%的流量有5s的时延，图2设置10%的流量有500的错误码。

下面介绍故障注入的使用说明。

1）下图对应20%的流量有5s延时的设置情况：

2）下图对应10%的流量有500错误码的设置情况：

6. 流量治理策略六：限流

Istio支持两种限流方式：

1） 中心集中式限流，如下图1所示。

2） 本地限流，直接作用到Envoy，响应速度更快，如下图2所示。

下面介绍限流策略的使用说明，演示本地限流模式的设置方法：

7. 流量治理策略七：失败重试

Istio支持失败重试HTTPRetry，提高系统的Resilience，常用策略之一。Istio实现失败重试的API是HTTPRetry，其中包含的字段有四个，Attempts，类型是int32，表示重试次数、perTryTimeout，类型HTTPSettings，表示每次重试的超时时间、retryOn，类型是string，重试条件（5xx，gateway-error，connect-failure）、retryRemoteLocalities，类型是BoolValue，是否重试到其他地域的Endpoints。

下面介绍失败重试的使用说明，配置方式如下图所示：

Istio 监控介绍

1. Istio可观测性

Istio 以非侵入的方式提供了以下遥测类型：

1） Metrics，基础方式。

2） Distributed Traces，分布式调用链。

3） Access Logs，Istio默认日志访问记录。

2. 监控界面展示

Istio Metrics监控界面：

Istio 分布式调用链监控界面：

Istio 分布式调用链拓扑图：

Istio访问日志：

结尾

本文主要介绍了服务治理的基本概念以及Istio常用的流量治理策略和使用方法，最后还介绍了Istio的监控内容。通过本文的介绍，相信大家对于Istio的流量治理和服务监控有了一定的了解。Istio作为一个连接、安全加固、控制和服务观察的开放平台在云原生时代注定扮演重要的角色。

本文整理自华为云社区【内容共创】活动第13期。

https://bbs.huaweicloud.cn/blogs/330939

任务17.华为云云原生黄金课程11：Istio流量治理与监控管理