如何利用Rancher和Kong实现服务网格?


服务网格(Service mesh)是当前新兴的架构模式,越来越受到人们的青睐。与Kubernetes一起,服务网格可以形成一个强大的平台,它可以解决在微服务集群或服务基础设施上发现的高度分布式环境中出现的技术需求。服务网格是一个专门的基础设施层,用于促进微服务之间的服务到服务通信。

服务网格解决了基于微服务的应用中典型的通信需求,包括加密隧道、健康检查、断路器、负载均衡以及流量许可。如果离开微服务来解决这些需求,会导致开发过程中产生高昂的费用和耗时。

在本文中,我们将对服务网格架构模式解决的最常见的微服务通信需求进行概述。

微服务动态和内在挑战

当你意识到微服务实现了相当多的与最初分配给它们的业务逻辑无关的代码时,问题就出现了。此外,有可能你有多个微服务在非标准化的流程中实现了类似的功能。换句话说,微服务开发团队应该专注于业务逻辑,并将低级通信能力留给特定的层。

继续推进我们的方案,需要考虑微服务的内在动态。在给定的时间内,你可能由于以下几个原因而拥有一个微服务的多个实例:
  • 吞吐量(Throughput):根据传入的请求,你可能拥有更多或更少的微服务实例
  • 金丝雀发布
  • 蓝绿部署
  • A/B测试


简而言之,微服务到微服务的通信有特定的需求和问题需要解决。以下图片展示了这一方案:



该图示描述了几个技术挑战。显然,Microservice 1的主要职责是均衡所有Microservice 2实例之间的负载。因此,Microservice 1必须弄清楚我们在请求时刻有多少个Microservice 2实例。换句话说,Microservice 1必须实现服务发现和负载均衡。

另一方面,Microservice 2必须实现一些服务注册功能以告知Microservice 1何时有全新的实例。

想要拥有一个完全动态的环境,以下这些功能应该是微服务开发的一部分:
  • 流量控制:负载均衡的自然演变。我们想指定应该发送到每个Microservice 2实例的请求数量。 在Microservice
    1和2之间加密通信
  • 借助断路器和健康检查以解决和克服网络问题


总而言之,主要问题是开发团队花费了大量资源编写十分复杂的代码,而这些代码与微服务预期交付的业务逻辑不直接相关。

有潜力的解决方案

如何将所有微服务都可以调用的外部标准化组件中的所有非功能和操作功能外部化?例如,下图编译了所有功能,这些功能不属于给定的微服务。因此,在确定所有功能之后,我们需要决定在哪里实现它们。

在这里插入图片描述

Solution #1 :将所有功能封装在一个library中

开发者将负责调用library提供的函数来解决微服务通信需求。

这个解决方案有几个缺点:

这是一个紧密耦合的解决方案,意味着微服务高度依赖于library
这个模式对于分布和升级新版本的library来说并不容易
这不符合微服务多语言的原则,因为这会将不同的编程语言应用于不同的上下文。

Solution #2:透明代理(Transparent Proxy)

在这里插入图片描述

这个解决方案实现了同样的功能集合。但是,采用了一种非常不同的方法:每个微服务都有一个特定的组件,扮演代理的角色,负责处理它的传入和传出流量。代理解决了我们之前描述的库的缺点,具体如下:
  • 代理是透明的,这意味着微服务不会意识到它正在附近运行并实现了与其他微服务进行通信所需的所有功能。
  • 由于它是一个透明的代理,开发者不需要改变代码来引用代理。因此,从微服务开发的角度来看,升级代理将是一个并不会对开发流程造成太大影响。
  • 代理可以使用微服务使用的不同技术和编程语言进行开发。


服务网格架构模式

虽然透明代理的方法给微服务开发团队和微服务通信需求带来了一些好处,但仍有一些缺失的部分:
  • 代理只是执行策略来实现通信需求,例如负载均衡、金丝雀发布等。
  • 由什么来负责定义这样的策略,并在所有运行的代理上发布呢?


解决方案架构需要另一个组件,这些组件将被管理员用来定义策略,它将负责向代理传播策略。

以下图片展示了最终架构,也就是服务网格模式:

在这里插入图片描述

如你所见,该模式包含了我们所描述的两个主要组件。
  • 数据平面:也被称为sidecar,它扮演着透明代理的角色。同样,每个微服务都会有自己的数据平面,拦截所有的入站和出站流量,并应用之前描述的策略。
  • 控制平面:由管理员用来定义策略并发布到数据平面。


一些重要的事情需要注意:
  • 这是一个 "push-based "的架构。数据平面不做 "调用 "来获取策略——那将会消耗网络。
  • 数据平面通常向控制平面或特定的基础设施报告使用指标。


手把手教你使用Rancher、Kong和Kong Mesh

Kong提供了一个企业级的综合服务连接平台,其包括了API gateway、Kubernetes ingress controller以及服务网格实现。该平台允许用户部署多个环境,如本地、混合云、多区域以及多云环境。

让我们借助运行在独立于云架构(cloud-agnostic)的Kubernetes集群上的金丝雀发布来实现服务网格,该集群可能包括GKE集群或任何其他的Kubernetes发行版。服务网格将由Kong Mesh实现,并由Kong for Kubernetes作为Kubernetes Ingress Controller。一般而言,ingress controller负责定义进入你的Kubernetes集群的入口点,暴露部署在其内部的微服务,并对其实行消费策略。

首先,确保你已经安装Rancher以及正在运行一个由Rancher管理的Kubernetes集群。在登录到Rancher之后,选在我们将要使用的Kubernetes集群,在本例中为“kong-rancher”。点击Cluster Explorer。你将会重定向到以下页面:

在这里插入图片描述

现在,让我们从服务网格开始:

1、 Kong Mesh Helm Chart

回到Rancher Cluster Manger主页并再次选择你的集群。点击菜单栏的“Tools”选项然后点击Catalogs,以创建一个新的catalog。点击Add Catalog按钮,将Kong Mesh的Helm chart收录其中(https://kong.github.io/kong-mesh-charts/)。

选择Global作为范围,Helm v3作为Helm版本。

在这里插入图片描述

现在点击Apps和Launch来查看在Catalog中可用的Kong Mesh。请注意,Kong作为Rancher的合作伙伴默认提供了Kong for Kubernetes的Helm chart:

在这里插入图片描述

2、 安装Kong Mesh

点击顶部菜单栏Namespaces选项并创建一个“kong-mesh-system”命名空间。

在这里插入图片描述

将鼠标移到kong-rancher顶部菜单选项上,点击kong-rancher活动集群。

在这里插入图片描述

点击Launch kubetcl

在这里插入图片描述

创建一个名为“license.json”的文件,用于存放你从Kong Mesh收到的license。格式如下:

{“license”:
{“version”:1,“signature”:“6a7c81af4b0a42b380be25c2816a2bb1d761c0f906ae884f93eeca1fd16c8b5107cb6997c958f45d247078ca50a25399a5f87d546e59ea3be28284c3075a9769”,“payload”:
{“customer”:“Kong_SE_Demo_H1FY22”,“license_creation_date”:“2020-11-30”,“product_subscription”:“Kong Enterprise Edition”,“support_plan”:“None”,“admin_seats”:“5”,“dataplanes”:“5”,“license_expiration_date”:“2021-06-30”,“license_key”:“XXXXXXXXXXXXX”
}}}

现在使用以下命令创建一个Kubernetes通用密钥:
kubectl create secret generic kong-mesh-license -n kong-mesh-system --from-file=./license.json


关闭kubectl会话,点击Default项目以及顶部菜单栏的Apps。点击Launch按钮并选择kong-mesh Helm chart。

点击Use an existing namespace并选择我们刚刚创建的那个。这有几个参数(https://artifacthub.io/package ... g-mesh)来配置Kong Mesh,但我们将保留所有默认值。点击Launch之后,你应该看到Kong Mesh应用程序部署完成。

在这里插入图片描述

你可以再次使用Rancher Cluster Explorer来检查安装。点击左侧菜单的Pods并选择kong-mesh-system的命名空间。

你也可以像这样使用kubectl:
NAMESPACE          NAME                                                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
cattle-system      cattle-cluster-agent-785fd5f54d-r7x8r                     1/1     Running   0          75m
fleet-system       fleet-agent-77c78f9c74-f97tv                              1/1     Running   0          75m
kong-mesh-system   kuma-control-plane-5b9c6f4598-nvq8q                       1/1     Running   0          16m
kube-system        event-exporter-gke-666b7ffbf7-n9lfl                       2/2     Running   0          76m
kube-system        fluentbit-gke-xqsdv                                       2/2     Running   0          76m
kube-system        gke-metrics-agent-gjrqr                                   1/1     Running   0          76m
kube-system        konnectivity-agent-4c4hf                                  1/1     Running   0          76m
kube-system        kube-dns-66d6b7c877-tq877                                 4/4     Running   0          76m
kube-system        kube-dns-autoscaler-5c78d65cd9-5hcxs                      1/1     Running   0          76m
kube-system        kube-proxy-gke-c-kpwnf-default-0-be059c1c-49qp            1/1     Running   0          76m
kube-system        l7-default-backend-5b76b455d-v6dvg                        1/1     Running   0          76m
kube-system        metrics-server-v0.3.6-547dc87f5f-qntjf                    2/2     Running   0          75m
kube-system        prometheus-to-sd-fdf9j                                    1/1     Running   0          76m
kube-system        stackdriver-metadata-agent-cluster-level-68d94db6-64n4r   2/2     Running   1          75m


3、 微服务部署

我们的Service Mesh部署是基于一个简单的微服务到微服务的通信场景。由于我们运行的是金丝雀发布,被调用的微服务有两个版本:

“magnanimo”:通过Kong暴露Kubernetes ingress controller。
“benigno”:提供了一个 “hello” endpoint,在这个端点中,它呼应了当前的datetime。它有一个金丝雀发布,会发送一个稍微不同的响应。

下图展示了这一架构:

在这里插入图片描述

创建一个带有sidecar注入注释的命名空间。你可以再次使用Rancher Cluster Manager:选择你的集群,然后单击Projects/Namespaces。点击Add Namespace。输入 “kong-mesh-app” 作为名称,并包含一个带有 “kuma.io/sidecar-injection” 键和 “enabled” 作为其值的注释。

在这里插入图片描述

当然,你也可以选择使用kubectl
kubectl create namespace kong-mesh-app

kubectl annotate namespace kong-mesh-app kuma.io/sidecar-injection=enabled

Submit the following declaration to deploy Magnanimo injecting the Kong Mesh data plane

cat <<EOF | kubectl apply -f -

apiVersion: apps/v1

kind: Deployment

metadata:

name: magnanimo

namespace: kong-mesh-app

spec:

replicas: 1

selector:

matchLabels:

app: magnanimo

template:

metadata:

labels:

app: magnanimo

spec:

containers:
  • name: magnanimo

image: claudioacquaviva/magnanimo

ports:
  • containerPort: 4000

---

apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

name: magnanimo

namespace: kong-mesh-app

labels:

app: magnanimo

spec:

type: ClusterIP

ports:
  • port: 4000

name: http

selector:

app: magnanimo

EOF


使用Rancher Cluster Manager检查你的部署。将鼠标移动至kong-rancher菜单上,点击Default项目,可以看到当前的部署情况:

在这里插入图片描述

点击magnanimo检查部署的细节,包括其pods:

在这里插入图片描述

点击magnanimo pod,检查其内部运行的容器。

在这里插入图片描述

我们可以看到,pod有两个运行的容器:
  • magnanimo:微服务实际运行的地方。
  • kuma-sidecar:在部署的时候注入,作为Kong Mesh的数据平面。


同理,部署Benigno的时候,也有自己的sidecar:
cat <<EOF | kubectl apply -f -

apiVersion: apps/v1

kind: Deployment

metadata:

name: benigno-v1

namespace: kong-mesh-app

spec:

replicas: 1

selector:

matchLabels:

app: benigno

template:

metadata:

labels:

app: benigno

version: v1

spec:

containers:
  • name: benigno

image: claudioacquaviva/benigno

ports:
  • containerPort: 5000

---

apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

name: benigno

namespace: kong-mesh-app

labels:

app: benigno

spec:

type: ClusterIP

ports:
  • port: 5000

name: http

selector:

app: benigno

EOF

And finally, deploy Benigno canary release. Notice that the canary release will be abstracted by the same Benigno Kubernetes Service created before:

cat <<EOF | kubectl apply -f -

apiVersion: apps/v1

kind: Deployment

metadata:

name: benigno-v2

namespace: kong-mesh-app

spec:

replicas: 1

selector:

matchLabels:

app: benigno

template:

metadata:

labels:

app: benigno

version: v2

spec:

containers:
  • name: benigno

image: claudioacquaviva/benigno\_rc

ports:
  • containerPort: 5000

EOF


使用以下命令检查部署和Pods:

{{{$ kubectl get pod --all-namespaces
NAMESPACE          NAME                                                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
cattle-system      cattle-cluster-agent-785fd5f54d-r7x8r                     1/1     Running   0          75m
fleet-system       fleet-agent-77c78f9c74-f97tv                              1/1     Running   0          75m
kong-mesh-app      benigno-v1-fd4567d95-drnxq                                2/2     Running   0          110s
kong-mesh-app      benigno-v2-b977c867b-lpjpw                                2/2     Running   0          30s
kong-mesh-app      magnanimo-658b67fb9b-tzsjp                                2/2     Running   0          5m3s
kong-mesh-system   kuma-control-plane-5b9c6f4598-nvq8q                       1/1     Running   0          16m
kube-system        event-exporter-gke-666b7ffbf7-n9lfl                       2/2     Running   0          76m
kube-system        fluentbit-gke-xqsdv                                       2/2     Running   0          76m
kube-system        gke-metrics-agent-gjrqr                                   1/1     Running   0          76m
kube-system        konnectivity-agent-4c4hf                                  1/1     Running   0          76m
kube-system        kube-dns-66d6b7c877-tq877                                 4/4     Running   0          76m
kube-system        kube-dns-autoscaler-5c78d65cd9-5hcxs                      1/1     Running   0          76m
kube-system        kube-proxy-gke-c-kpwnf-default-0-be059c1c-49qp            1/1     Running   0          76m
kube-system        l7-default-backend-5b76b455d-v6dvg                        1/1     Running   0          76m
kube-system        metrics-server-v0.3.6-547dc87f5f-qntjf                    2/2     Running   0          75m
kube-system        prometheus-to-sd-fdf9j                                    1/1     Running   0          76m
kube-system        stackdriver-metadata-agent-cluster-level-68d94db6-64n4r   2/2     Running   1          75m


$ kubectl get service --all-namespaces
NAMESPACE          NAME                   TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)                                                AGE
default            kubernetes             ClusterIP   10.0.16.1     <none>        443/TCP                                                79m
kong-mesh-app      benigno                ClusterIP   10.0.20.52    <none>        5000/TCP                                               4m6s
kong-mesh-app      magnanimo              ClusterIP   10.0.30.251   <none>        4000/TCP                                               7m18s
kong-mesh-system   kuma-control-plane     ClusterIP   10.0.21.228   <none>        5681/TCP,5682/TCP,443/TCP,5676/TCP,5678/TCP,5653/UDP   18m
kube-system        default-http-backend   NodePort    10.0.19.10    <none>        80:32296/TCP                                           79m
kube-system        kube-dns               ClusterIP   10.0.16.10    <none>        53/UDP,53/TCP                                          79m
kube-system        metrics-server         ClusterIP   10.0.20.174   <none>        443/TCP                                                79m
}}}

你也可以使用Kong Mesh控制台来检查微服务和数据平面。在Terminal上运行以下命令:
kubectl port-forward service/kuma-control-plane -n kong-mesh-system 5681


重定向你的浏览器到http://localhost:5681/gui。点击Skip to Dashboard和All Data Plane Proxies:

在这里插入图片描述

启动一个循环,看看金丝雀发布的运行情况。注意服务已经被部署为ClusterIP类型,所以你需要用 “port-forward”直接暴露它们。下一步将展示如何用Ingress Controller暴露服务。

在本地terminal上运行:
kubectl port-forward service/magnanimo -n kong-mesh-app 4000


打开另一个Terminal,开始循环。请求要到Magnanimo提供的4000端口。路径“/hw2 ”将请求路由到Benigno服务,它后面有两个endpoint,与Benigno两个版本有关:
while [1]; do curl http://localhost:4000/hw2; echo; done


你应该看到类似下方的结果:
Hello World, Benigno: 2020-11-20 12:57:05.811667
Hello World, Benigno: 2020-11-20 12:57:06.304731
Hello World, Benigno, Canary Release: 2020-11-20 12:57:06.789208
Hello World, Benigno: 2020-11-20 12:57:07.269674
Hello World, Benigno, Canary Release: 2020-11-20 12:57:07.755884
Hello World, Benigno, Canary Release: 2020-11-20 12:57:08.240453
Hello World, Benigno: 2020-11-20 12:57:08.728465
Hello World, Benigno: 2020-11-20 12:57:09.208588
Hello World, Benigno, Canary Release: 2020-11-20 12:57:09.689478
Hello World, Benigno, Canary Release: 2020-11-20 12:57:10.179551
Hello World, Benigno: 2020-11-20 12:57:10.662465
Hello World, Benigno: 2020-11-20 12:57:11.145237
Hello World, Benigno, Canary Release: 2020-11-20 12:57:11.618557
Hello World, Benigno: 2020-11-20 12:57:12.108586
Hello World, Benigno, Canary Release: 2020-11-20 12:57:12.596296
Hello World, Benigno, Canary Release: 2020-11-20 12:57:13.093329
Hello World, Benigno: 2020-11-20 12:57:13.593487
Hello World, Benigno, Canary Release: 2020-11-20 12:57:14.068870


4、 控制金丝雀发布的成本

正如我们所见,两个Benigno微服务发布的请求使用了循环策略。也就是说,我们无法控制金丝雀发布的花销。Service Mesh允许我们定义何时以及如何将金丝雀发布暴露给我们的consumer(在本例中指Magnanimo微服务)。

要定义一个策略来控制流向两个版本的流量,需要使用下面这个声明。它说90%的流量应该流向当前版本,而只有10%的流量应该重定向到金丝雀发布。
cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: kuma.io/v1alpha1
kind: TrafficRoute
mesh: default
metadata:
namespace: default
name: route-1
spec:
sources:
- match:
kuma.io/service: magnanimo\_kong-mesh-app\_svc\_4000
destinations:
- match:
kuma.io/service: benigno\_kong-mesh-app\_svc\_5000
conf:
split:
- weight: 90
destination:
kuma.io/service: benigno\_kong-mesh-app\_svc\_5000
version: v1
- weight: 10
destination:
kuma.io/service: benigno\_kong-mesh-app\_svc\_5000
version: v2
EOF


应用声明之后,你应该看到如下结果:
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:02.553389
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:03.041120
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:03.532701
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:04.021804
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:04.515245
Hello World, Benigno, Canary Release: 2020-11-20 13:05:05.000644
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:05.482606
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:05.963663
Hello World, Benigno, Canary Release: 2020-11-20 13:05:06.446599
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:06.926737
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:07.410605
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:07.890827
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:08.374686
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:08.857266
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:09.337360
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:09.816912
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:10.301863
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:10.782395
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:11.262624
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:11.743427
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:12.221174
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:12.705731
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:13.196664
Hello World, Benigno: 2020-11-20 13:05:13.680319


5、 安装Kong for Kubernetes

让我们回到Rancher中安装我们的Kong for Kubernetes Ingress Controller,并控制服务网格的暴露。在Rancher Catalog页面中,点击Kong图标。接受默认值,然后点击Launch:

在这里插入图片描述

你应该看到Kong和Kong Mesh这两个应用程序都已经部署完成:

图片

在这里插入图片描述

再次使用kubectl检查安装:
$ kubectl get pod --all-namespaces
NAMESPACE          NAME                                                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
cattle-system      cattle-cluster-agent-785fd5f54d-r7x8r                     1/1     Running   0          84m
fleet-system       fleet-agent-77c78f9c74-f97tv                              1/1     Running   0          83m
kong-mesh-app      benigno-v1-fd4567d95-drnxq                                2/2     Running   0          10m
kong-mesh-app      benigno-v2-b977c867b-lpjpw                                2/2     Running   0          8m47s
kong-mesh-app      magnanimo-658b67fb9b-tzsjp                                2/2     Running   0          13m
kong-mesh-system   kuma-control-plane-5b9c6f4598-nvq8q                       1/1     Running   0          24m
kong               kong-kong-754cd6947-db2j9                                 2/2     Running   1          72s
kube-system        event-exporter-gke-666b7ffbf7-n9lfl                       2/2     Running   0          85m
kube-system        fluentbit-gke-xqsdv                                       2/2     Running   0          84m
kube-system        gke-metrics-agent-gjrqr                                   1/1     Running   0          84m
kube-system        konnectivity-agent-4c4hf                                  1/1     Running   0          84m
kube-system        kube-dns-66d6b7c877-tq877                                 4/4     Running   0          84m
kube-system        kube-dns-autoscaler-5c78d65cd9-5hcxs                      1/1     Running   0          84m
kube-system        kube-proxy-gke-c-kpwnf-default-0-be059c1c-49qp            1/1     Running   0          84m
kube-system        l7-default-backend-5b76b455d-v6dvg                        1/1     Running   0          85m
kube-system        metrics-server-v0.3.6-547dc87f5f-qntjf                    2/2     Running   0          84m
kube-system        prometheus-to-sd-fdf9j                                    1/1     Running   0          84m
kube-system        stackdriver-metadata-agent-cluster-level-68d94db6-64n4r   2/2     Running   1          84m


$ kubectl get service --all-namespaces
NAMESPACE          NAME                   TYPE           CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP     PORT(S)                                                AGE
default            kubernetes             ClusterIP      10.0.16.1     <none>          443/TCP                                                85m
kong-mesh-app      benigno                ClusterIP      10.0.20.52    <none>          5000/TCP                                               10m
kong-mesh-app      magnanimo              ClusterIP      10.0.30.251   <none>          4000/TCP                                               13m
kong-mesh-system   kuma-control-plane     ClusterIP      10.0.21.228   <none>          5681/TCP,5682/TCP,443/TCP,5676/TCP,5678/TCP,5653/UDP   24m
kong               kong-kong-proxy        LoadBalancer   10.0.26.38    35.222.91.194   80:31867/TCP,443:31039/TCP                             78s
kube-system        default-http-backend   NodePort       10.0.19.10    <none>          80:32296/TCP                                           85m
kube-system        kube-dns               ClusterIP      10.0.16.10    <none>          53/UDP,53/TCP                                          85m
kube-system        metrics-server         ClusterIP      10.0.20.174   <none>          443/TCP                                                85m


6、 创建Ingress

通过下面的声明,我们将通过一个Ingress和它的路由 “/route1” 来暴露Magnanimo微服务。
cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
name: route1
namespace: kong-mesh-app
annotations:
konghq.com/strip-path: "true"
spec:
rules:
- http:
paths:
- path: /route1
backend:
serviceName: magnanimo
servicePort: 4000
EOF


现在,临时的 “port-forward” 暴露机制可以被正式的Ingress所取代。而我们的循环也可以开始消耗Ingress,结果如下:
{while [1]; do curl http://35.222.91.194/route1/hw2; echo; done

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