如何在 Kubernetes 集群上部署 Istio

微服务的出现解决了单体应用曾面对的传统挑战，但随着微服务规模的增大，管理服务间的安全、通信等问题也成了不小的挑战。

Service Mesh 是用于微服务应用程序的可配置基础结构层。 它使服务实例之间的通信变得灵活、可靠和快速。同时，Service Mesh 提供服务发现、负载均衡、加密、认证和授权、断路器模式支持以及其他功能。

而随着 Service Mesh 的大小和复杂性的增加，理解和管理 Service Mesh 变得愈发困难。而 Istio ，这个最初由 Google、IBM 和 Lyft 倾情奉献、后期更是得到更多来自科技巨头的肯定及支持的明星项目，就是旨在降低 Service Mesh 部署的复杂性，减轻开发团队的压力的。

Istio 是一个完全开源的服务网格，可以透明地分层到现有的分布式应用上。它也是一个平台，包含可以让它集成到任何日志记平台或遥测或策略系统的 API。Istio 的多样化功能集使用户能够成功、高效地运行分布式微服务架构，并提供安全、连接和监控微服务的统一解决方案。

目前，Istio 最适合 Kubernetes（官方表示未来会加入对其他平台的支持）。在本文中，我们将展示如何借助开源的 Kubernetes 平台 Rancher，来简单快速地完成在 Kubernetes 集群上部署 Istio 的工作，并最终展示部署在 Kubernetes 集群之上的 Istio 的强大功能。

前期准备

为了能够顺利 demo，你需要做如下准备：

• 一个 Google Cloud 账号，免费的即可

• 一个 Ubuntu 16.04 实例（这将是 Rancher 实例的运行环境）

• 一个部署于 Google Cloud Platform 并且使用 GKE 服务的 Kubernetes 集群。本次 demo 使用的是 1.10.5-gke.2 版本

• Istio 0.8.0（这是本文成稿时使用的版本，现在 Istio 1.0 已发布）

一般情况下，本教程中的步骤对于更新的版本也适用。

启动 Rancher 2.0

首先，启动一个 Rancher 2.0 实例。关于如何启动 Rancher 2.0，可以参考 Rancher 官网上的入门教程，非常简洁直观（https://rancher.com/quick-start/）。必要的步骤也会在下文中列出。

本文示例将使用 Google Cloud Platform，所以我们首先启动一个 Ubuntu 实例并且通过 Console 或者 CLI（https://cloud.google.com/compute/docs/instances/create-start-instance）。使用 HTTP 和 HTTPs 协议与其通信。实现上述目的的命令如下：

gcloud compute --project=rancher-20 instances create rancher-20 \--zone=europe-west2-a --machine-type=n1-standard-1 \--tags=http-server,https-server --image=ubuntu-1604-xenial-v20180627 \--image-project=ubuntu-os-cloud
gcloud compute --project=rancher-20 firewall-rules create default-allow-http \--direction=INGRESS --priority=1000 --network=default --action=ALLOW \--rules=tcp:80 --source-ranges=0.0.0.0/0 --target-tags=http-server
gcloud compute --project=rancher-20 firewall-rules create default-allow-https \--direction=INGRESS --priority=1000 --network=default --action=ALLOW \--rules=tcp:443 --source-ranges=0.0.0.0/0 --target-tags=https-server

请确保 Rancher 实例至少有 1 vCPU 和大约 4GB 的 RAM 可用。

接着，通过 ssh 登录到 Ubuntu 实例并且安装 Docker（https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/ubuntu/）。Docker 安装完成之后，即可启动 Rancher 验证其是否正在运行。

ubuntu@rancher-20:~$ sudo docker run -d --restart=unless-stopped -p 80:80 -p 443:443 rancher/rancherUnable to find image 'rancher/rancher:latest' locallylatest: Pulling from rancher/rancher6b98dfc16071: Pull complete4001a1209541: Pull complete6319fc68c576: Pull completeb24603670dc3: Pull complete97f170c87c6f: Pull completec5880aba2145: Pull completede3fa5ee4e0d: Pull completec973e0300d3b: Pull completed0f63a28838b: Pull completeb5f0c036e778: Pull completeDigest: sha256:3f042503cda9c9de63f9851748810012de01de380d0eca5f1f296d9b63ba7cd5Status: Downloaded newer image for rancher/rancher:latest2f496a88b82abaf28e653567d8754b3b24a2215420967ed9b817333ef6d6c52fubuntu@rancher-20:~$ sudo docker psCONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                  CREATED              STATUS              PORTS                                      NAMES2f496a88b82a        rancher/rancher     "rancher --http-list…"   About a minute ago   Up 59 seconds       0.0.0.0:80->80/tcp, 0.0.0.0:443->443/tcp   elegant_volhard

获得 Ubuntu 实例的公共 IP 地址，并用你的浏览器访问它。

$ gcloud compute instances describe rancher-20 --project=rancher-20 --format="value(networkInterfaces[0].accessConfigs[0].natIP)"35.189.72.39

接着页面会重新跳转到 Rancher 的 HTTPs 协议页面上，并且你将看到浏览器的警告。因为 Rancher 使用的是自签名证书。不需要理会这些警告，因为你已经启动了实例（千万不要在不受信任的网站上进行这项操作），接下来开始设置管理员密码和服务器 URL 来启动 Rancher 2.0。下面就可以开始启动 Kubernetes 集群了。

启动一个 Kubernetes 集群

首先，你需要一个附加以下角色的 Google 云服务账号：Compute Viewer，Kubernetes Engine Admin, Service Account User, Project Viewer。接着，你需要生成服务账户密钥，具体步骤请参考：https://cloud.google.com/iam/docs/creating-managing-service-account-keys

现在你可以用你的服务账户密钥来使用 Rancher 2.0 启动一个 Kubernetes 集群（使用默认的 Compute Engine 服务帐户是安全的）：

gcloud iam service-accounts keys create ./key.json \    --iam-account <SA-NAME>@developer.gserviceaccount.com

请留意<SA-NAME>@developer.gserviceaccount.com 值，你稍后还会用到它。

现在，你已经做好启动集群的准备工作了。打开 Rancher 的面板，然后点击【添加集群／Add Cluster】。你需要执行以下操作：

1. 在选择 Kubernetes 托管服务提供商时，选择 GCE；

2. 为你的集群起一个名字，比如 rancher-demo；

3. 将服务密钥详细信息从上述步骤中生成的 key.json 文件导出或复制粘贴到 Service Account 字段中。

接着去【配置节点／Configure Nodes】选项并按如下选择：

1. Kubernetes 版本的选择，你可以选择最新版本，不过本测试是在 1.10.5-gke.2 版本上进行的；

2. 区域的选择，选择离你最近的区域；

3. 机器类型的选择，至少需要 n1-standard-1；

4. 至于节点数，对于 Istio Demo 来说，至少需要 4 个节点。

当上述内容设置完成之后，你的设置页面如下图所示：

毫不犹豫地点击【创建／Create】吧

几分钟之后，你可以在 Rancher 的面板上看到集群处于活跃状态。还记得上文提到的<SA-NAME>@developer.gserviceaccount.com 值吗？现在它要派上用场了。你需要用它来授予当前用户群集管理员权限（需要管理员权限才能为 Istio 创建必要的 RBAC 规则）。为此，你需要点击 Rancher 面板上 rancher-demo 的集群名字，然后进入 rancher-demo 的集群面板。

现在启动 kubectl，这将打开这个特定群集的 kubectl 命令行。你还可以导出 Kubeconfig 文件，与本地安装的 kubectl 一起使用。基于本次实例的目的，使用 Rancher 提供的命令行就可以了。你打开了命令行之后，运行下列命令：

> kubectl create clusterrolebinding cluster-admin-binding \    --clusterrole=cluster-admin \    --user=<SA-NAME>@developer.gserviceaccount.com
clusterrolebinding "cluster-admin-binding" created

在 Rancher 上部署 Istio

Istio 有一个 Helm 包，Rancher 可以用它安装 Istio。想要获得官方的 Istio Helm 包，需要将 Istio 的库添加到 Rancher 的应用目录里。为此，首先要访问 Rancher Global View，进入目录选项，并选择【添加目录】，名字填写 istio-github，目录 URL 为https://github.com/istio/istio.git（Rancher 可以处理 git clone 处理的任何事情），在 Branch 的部分，你可以写 branch 名字，并将其设置为 master。设置完成后，应该如下截图所示：

点击【创建／Create】

在这一步，你将开始使用 Rancher Catalog 部署 Istio。首先，访问 rancher-demo 集群的默认项目，并且选择目录应用。当你点击【启动／Launch】之后，你将看到许多默认可用的应用。由于此 demo 是关于 Istio 的，在【所有目录／All Catalogs】中选择 istio-github 目录，也就是你刚刚自行创建的那个。这将为您提供两个选项：istio 和 istio-remote。选择 istio 并点击【查看详情／View Details】，你将看到部署 Istio 的选项，按如下选择：

1. 设置名字为 istio-demo；

2. 让模板版本保持为 0.8.0；

3. 默认的 istio 的命名空间是 istio-system，因此这里就将命名空间设置为 istio-system；

4. 在默认情况下，Istio 不会加密组件之间的访问，但加密功能挺重要的，因此我们需要把加密这一功能加上，；

5. Istio 的 helm chart 默认不添加 Grafana，我们也应该把它加上。

点击 Add Answer，将 global.controlPlaneSecurityEnabled 和 grafana.enabled 的值设置为 true。即可添加上述功能。

完成上述操作之后，界面应该如下图所示：

点击【启动／Launch】

如果你现在看到工作负载的标签，那么你应该能看到 Istio 的所有组件正在你的集群里运行，同时请确保所有的工作负载都是绿色的。此外，还需要检查负载均衡标签，istio-ingress 和 istio-ingressgateway 都应该处于活跃状态。

如果 istio-ingressgateway 处于待定（Pending）状态，那么你需要再次申请 istio-ingressgateway 服务。具体步骤是：点击 Import Yaml；对于 Import Mode，选择【集群：将任何资源直接导入此集群】Cluster: Direct import of any resources into this cluster；将 istio-demo-ingressgateway.yaml 服务复制/粘贴到 Import Yaml 编辑器并点击导入：

这一步骤将解决 istio-ingressgateway 待定状态的问题。

现在，你需要在 Rancher 的面板上检查 Istio 所有的工作负载、负载均衡以及服务发现均处于良好状态。

最后还有一样东西需要添加：在你的默认命名空间里添加一个 istio-injected 标签，Istio sidecar 容器会自动注入你的节点，运行下方的 kubectl 命令（如上文所述，你可以从 Rancher 内部启动 kubectl）。

> kubectl label namespace default istio-injection=enablednamespace "default" labeled> kubectl get namespace -L istio-injectionNAME            STATUS    AGE       ISTIO-INJECTIONcattle-system   Active    1hdefault         Active    1h        enabledistio-system    Active    37mkube-public     Active    1hkube-system     Active    1h>

这一标签将使得 Istio-Sidecar-Injector 自动将 Envoy 容器注入您的应用程序节点。

部署 Bookinfo 示例应用

现在，你可以开始部署一个测试应用并且测试 Istio 的强大功能。首先，部署 Bookinfo 示例应用。这个应用有趣的部分在于它有三个版本的 reviews 程序同时运行。我们可-以在这三个版本的程序中体验到 Istio 的一些功能。接着，访问 rancher-demo 的默认项目中的工作负载来部署 Bookinfo app，具体的操作是：

1. 点击 Import Yaml；下载 bookinfo.yaml（https://info.rancher.com/hubfs/bookinfo.yaml）到本地；

2. 当你进入 Import Yaml 菜单之后，通过从文件读取，将其上传至 Rancher；

3. 对于 Import Mode，选择【集群：将任何资源直接导入此集群】Cluster: Direct import of any resources into this cluster；

4. 点击【导入/Import】。

这应该为您的 rancher-demo Default 项目增加 6 个工作负载。如下图：

现在，通过 Istio 暴露 Bookinfo app，你需要应用此 bookinfo-gateway.yaml(https://info.rancher.com/hubfs/bookinfo-gateway.yaml)，操作方式与 bookinfo.yaml 相同。此时，你可以用浏览器访问 bookinfo app。你有两种方式可以获取 istio-ingressgateway 负载均衡器的外部 IP 地址：

第一，从 Rancher 中获取。访问负载均衡，从右手边的菜单栏选择 View in API。它将打开一个新的浏览器页面，在那搜索 publicEndpoints -> addresses，你就可以看到公共 IP 地址了。

第二，通过 kubectl 获取:

> export INGRESS_HOST=$(kubectl -n istio-system get service istio-ingressgateway -o jsonpath='{.status.loadBalancer.ingress[0].ip}')> echo $INGRESS_HOST

用你的浏览器访问： http://${INGRESS_HOST}/productpage，然后你应该看到 Bookinfo app。多次刷新页面时，你应该看到 Book Reviews 部分有三个不同版本：第一个版本没有星星；第二个版本有黑星星；第三个版本有红星星。

使用 Istio，您可以限制您的应用仅路由到应用的第一个版本。具体操作为：导入 route-rule-all-v1.yaml（ https://info.rancher.com/hubfs/route-rule-all-v1.yaml）到 Rancher，几秒之后再刷新页面，你将不会在 reviews 上看到任何星星。

除此之外，你也可以仅将流量路由到一组用户。当你导入 route-rule-reviews-test-v2.yaml 到 Rancher 之后，使用 jason 这个用户名（无需密码）登录 Bookinfo app，你应该只能看到版本 2 的 reviews（即有黑星星的版本）。但登出之后，你仅能看到版本 1reviews 的 app。

至此，你已经体会了 Istio 的强大功能。当然，这并非全部，Istio 还有很多其他功能。创建此设置后，您可以完成 Istio 文档中的任务。

Istio 的遥感

现在是时候深入了解 Istio 另一个更有用的功能 ：默认情况下提供指标。

让我们从 Grafana 开始。当我们部署 Istio 时，值设置为 true 的 grafana.enabled 创建了一个 grafana 实例，并配置为收集 Istio 的指标以几个面板中显示它们。默认情况下，Grafana 的服务不会公开显示，因此想要查看指标，首先需要将 Grafana 的服务暴露给公共 IP 地址。当然，还有另一个选项也可以暴露服务：NodePort（https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/service/#nodeport），但是这要求你在 Google Cloud Platform 防火墙的所有节点上开放 Nodeport，这不止有一项任务，因此通过公共 IP 地址暴露服务更为简单。

为此，在 rancher-demo 的默认项目中访问工作负载并选择【服务发现】标签。当所有在集群上的工作都完成之后，应该有 5 项服务在默认的命名空间内，有 12 项服务在 istio-system 命名空间内，并且所有这些服务都处于活跃状态。接着，选择 grafana 服务，并且从右边的菜单栏内选择 View/Edit YAML。

找到包含 type: ClusterIP 的那行，将其改为 type: LoadBalancer，并点击【保存/Save】。然后它应该开始在 Google Cloud Platform 中配置负载均衡器，并在其默认端口 3000 上暴露 Grafana。如果想要获取 Grafana 的公共 IP 地址的话，只需重复 bookinfo 示例中获取 IP 地址的步骤即可，即在 API 中查看 grafana 服务，你可以在其中找到 IP 地址，或通过 kubectl 获取它：

export GRAFANA_HOST=$(kubectl -n istio-system get service grafana -o jsonpath='{.status.loadBalancer.ingress[0].ip}')echo $GRAFANA_HOST

用你的浏览器访问：http://${GRAFANA_HOST}:3000/，选择其中一个面板，比如 Istio Service。通过此前应用的配置，我们限制了流量，仅显示版本 1 的 reveiws 应用。从服务的下拉菜单中选择 reviews.default.svc.cluster.local，就可以从图表中查看。现在使用以下命令从 Rancher 的 kubectl 生成一些流量：

export INGRESS_HOST=$(kubectl -n istio-system get service istio-ingressgateway -o jsonpath='{.status.loadBalancer.ingress[0].ip}')for i in {1..1000}; do curl -o /dev/null -s -w "%{http_code}\n" http://${INGRESS_HOST}/productpage; sleep 0.2; done

需要等待约 5 分钟，为 Grafana 生成的流量将会显示在如下面板上：

如果你滚动面板，在 SERVICE WORKLOADS 下你将看到 Incoming Requests by Destination And Response Code 的图表，它要求 Reviews 应用程序只在 v1 端点结束。如果你使用以下命令，生成对版本 2 的应用的请求（请记得用户 jason 可以访问版本 2 的 reviews 应用）：

export INGRESS_HOST=$(kubectl -n istio-system get service istio-ingressgateway -o jsonpath='{.status.loadBalancer.ingress[0].ip}')for i in {1..1000}; do curl -o /dev/null -s -w "%{http_code}\n" --cookie "user=jason" http://${INGRESS_HOST}/productpage; sleep 0.2; done

你应该也可以看到显示在版本 2 的应用上的请求：

用同样的方式，也可能可以暴露并且看到 Istio 其他默认的指标，比如 Prometheus, Tracing 和 ServiceGraph。

总结与思考

正如你所看到的，Istio 是一个具有强大功能并且十分实用的 service mesh 平台。在未来，它一定会成为云原生生态中一个核心工具。但目前， Istio 仍暂不建议进入生产环境。引用 Kelsey Hightower 的一句话：“不要只消耗它，将它部署到生产环境中。你将成为新闻焦点”。无论如何，请你坚信，在不久的将来，Istio 一定会被部署到生产环境中。

至于 Rancher 2.0，它对于查看 Kubernetes 集群状态、所有的工作负载、服务以及节点都十分实用。它通过 WebUI 提供了一种简易的方式来管理集群并通过 Helm Charts 部署应用，即便对于不太熟悉 Kubernetes 的人来说，Rancher 也十分容易上手。使用 Rancher 2.0，你会拥有管理 Kubernetes 集群所需的一切，并对其状态有一个很好的概览。我相信，Rancher 的小伙伴们之后会继续添加越来越多实用的功能来不断完善 Rancher。