Istio分层架构？80%的人有误解

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前篇：
《ServiceMesh究竟解决什么问题》
《什么是Istio，ServiceMesh最流行落地》

Istio是ServiceMesh的产品化落地：

• 它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

• 它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：
  （1）服务发现(discovery)
  （2）负载均衡(load balancing)
  （3）故障恢复(failure recovery)
  （4）服务度量(metrics)
  （5）服务监控(monitoring)
  （6）A/B测试(A/B testing)
  （7）灰度发布(canary rollouts)
  （8）限流限速(rate limiting)
  （9）访问控制(access control)
  （10）身份认证(end-to-end authentication)
  等功能。

• 它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

今天来说一下Istio的核心架构设计。

关于Istio的架构设计，官网用了这样一句话：

逻辑上，Istio分为：

• 数据平面(data plane)
• 控制平面(control plane)
  这两个词，是Istio架构核心，但又是大家被误导最多的地方。

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：

• 数据平面(data plane)：一般用来做快速转发
• 控制平面(control plane)：为快速转发提供必要的信息
  

画外音：上两图为路由器架构。

它的设计原则是：

• 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
• 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：

• 服务（最上面的小红框），通过本地通讯与proxy交互
• 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：
  （1）高效转发；
  （2）接收和实施来自mixer的策略；
• 控制平面（底下的大红框），核心是控制与应用，核心职责是：
  （1）管理和配置边车代理；
  （2）通过mixer实施策略与收集来自边车代理的数据；
  画外音：
  （1）sidecar proxy，原文使用的是envoy，后文envoy表示代理；
  （2）mixer，不确定要怎么翻译了，有些文章叫“混音器”，后文直接叫mixer；
  （3）pilot，galley，citadel，不敢翻译为飞行员，厨房，堡垒，后文直接用英文；

如架构图所示，该两层架构中，有五个核心组件。

数据平面，有一个核心组件：

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，有四个核心组件：

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，实时各种策略
（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

Gally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。

花边：为什么80%的中文用户对Istio的二层架构的了解是错的？

很多朋友问我，通过什么渠道学习最新的技术知识，我的回答一直是，英文官网。
画外音：本文所有信息来源于Istio1.1英文官网。

我在百度搜了下Istio，80%的资料，将二层架构翻译为：

• 数据面板
• 控制面板
  画外音：大家可以百度搜一下“istio 控制面板”

一开始我极其蒙圈，因为“数据平面”和“控制平面”是非常成熟的翻译，路由器就是使用这个二层架构，ServiceMesh使用相同的架构设计进行解耦，应该不需要创造性翻译呀。

后来，我懂了：
控制平面(control plane)
控制面板(control panel)
半吊子英语的程序员，二手的技术文档，真害人，唉。

总结

Istio采用二层架构，五大模块，进行微服务ServiceMesh解耦：

• 数据平面，主要负责高效转发
  （1）envoy模块：即proxy；
• 控制平面，主要负责控制与应用
  （2）mixer模块：支持跨平台，标准化API的adapter；
  （3）pilot模块：控制与配置envoy的大部分策略；
  （4）citadel模块：安全相关；
  （5）galley模块：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，GOT？
思路比结论重要。

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