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Istio_05_Istio架构

news 来源：原创 2025/5/16 7:09:12

Istio_05_Istio架构

  • Architecture
    • Control Plane
      • Pilot
      • Citadel
      • Galley
    • Data Plane
      • Sidecar
        • Istio-proxy
          • Pilot-agent
          • Metadta Exchange
      • Ambient

Architecture

如: Istio的架构(控制面、数据面)

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  1. Gateway: Istio数据面的出/入口网关
    • Gateway分为: Ingress-gateway、Egress-gateway
    • 外部访问服务网格内的服务时均需通过Ingress-gateway(Egress-gateway同理)
    • Gateway的Envoy与服务网格内的数据面代理相同, 都需从Pilot接受流量规则并执行

Control Plane

控制面(Control Plane): 统一服务发现和集中配置管理

  1. Istiod以单体应用方式实现, 但功能/维护以组件化方式进行

如: Istio控制面组件架构

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Pilot

Pilot: Istio控制面的控制中枢

  1. 主要功能: 服务发现、配置管理、xDS Server
  2. Pilot也是Istiod的基础框架, 负责启动/协同其他功能组件
  3. Envoy均通过gRPC获取Pilot的配置资源, 并建立长连接获取

如: Pilot架构

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  1. 平台适配器从运行平台提取数据并将其构造和转换成Istio服务模型
    • Pilot同时支持以MCP从除Kubernetes以外平台服务端获取配置
    • Pilot实现MCP客户端, 由第三方注册中心实现MCP服务器
  2. 聚合器将不同平台适配器提供的服务模型聚合, 以提供统一的索引接口
    • Pilot通过聚合器可无需关注底层平台的差异(解耦)
    • 也可通过ServiceEntry/WorkloadEntry扩展服务
  3. xDS生成器将各种规则转换成Envoy标准格式
  4. xDS Server通过xDS协议将配置发送给各Envoy
    • 通过订阅-发布模型实时、动态地推送xDS配置
    • 服务网格的数据面代理收到相同的流量规则, 并执行相同的治理行为
    • 本质: 通过EDS、CDS和LDS等接口向Enovy分发负载均衡和路由等配置信息

xDS Server: 基于xDS协议生成和分发配置

  1. 构成: xDS生成器、ADS服务器
  2. xDS(X Discovery Service): 数据源服务发现协议
    • 本质: LDS、RDS、CDS、EDS和SDS等发现服务的总称
  3. ADS(Aggregated Discovery Service): 聚合发现服务
    • 本质: 将xDS协议的更新指向相同的xDS Server(gRPC服务器)
    • 功能: 避免配置更新过程中的流量丢失(xDS属于最终一致性协议)

xDS Server的配置分发模式: 主动、被动

  1. 主动分发: 根据订阅请求将配置下发到Sidecar(事件触发)
    • 触发事件: 底层注册中心的服务或配置更新
    • 主动分发需Sidecar提前与xDS Server建立连接
  2. 被动分发: 根据Sidecar请求响应配置
    • 仅能响应指定请求资源类型的配置

如: xDS Server工作流程(省略平台模型的抽象中间组件)

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  1. xDS Server以串行方式分发各xDS协议(CDS -> EDS -> LDS -> RDS)
  2. Pilot通过各类事件通知xDS Server进行xDS推送(同时缓存xDS配置源)

ADS服务器原理: StoW全量的ADS接口

  1. ADS服务器对数据的接收/发送使用独立的线程(生命周期同gRPC流)
  2. ADS服务器中由主线程处理器异步从队列中获取事件处理

如: ADS服务器工作流程

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  1. 首次请求时会包含元数据信息以用于初始化
    • 后续的xDS生成/分发都依赖于初始化的元数据

Pilot的核心优化设计:

  1. 三级缓存
    • 构成: 平台资源缓存(资源)、Istio聚合层缓存(Istio API)、xDS配置缓存(分发)
    • 功能: 以适量的内存换取Pilot的CPU利用率降低
  2. 去抖动分发
    • 本质: 以最小静默时间和最大延迟时间参数控制分发频率
    • 当时间超过最大延迟时间参数时, 会忽略最小静默时间参数
  3. 防过度分发
    • 本质: Pilot等待ACK确定期间的所有xDS分发会合并发送
    • 合并发送的数量取决于最近次分发和ACK响应的时间差值

Citadel

Citadel: Istio控制面的安全组件

  1. 主要功能: 自动生成、分发、轮换和撤销证书/密钥
  2. 证书种类: 双向TLS证书(CA: Citadel自签)、用户指定证书(RA: 机构签发)
  3. 会为每个负载都赋予个独立的身份, 基于该身份实现零信任安全的网络基础模型

如: Citadel原理

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  1. Envoy启动时根据TLS配置, 向上游发起SDS请求以获取证书
    • 通过SDS接口以订阅方式获取证书, 且直接于内存中加载(便于重载)
  2. Pilot-agent作为SDS服务器处理请求(调用其他组件处理)
    • 向Citadel发送证书签发请求CSR
    • Pilot-agent同时负责证书的缓存和轮换(仅在Citadel自签时可用)
  3. Citadel认证请求, 并签发证书
    • Citadel以gRPC方式接受CSR请求, 并进行同步处理
    • 处理前以3种方式进行身份认证: X509证书、Kubernetes JWT、OIDC

Galley

Galley: Istio控制面的配置管理组件

  1. 主要功能: 验证配置、监控配置、接受/提供配置
  2. 本质: 以Webhook Server作为Kubernetes准入控制器
  3. Galley监控配置对象发生变更时, 会通知Pilot解析并分发最新配置

如: Galley工作流程

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  1. Galley启动时首先初始化MCP Sink
    • 是否初始化取决于是否包含MCP源, 以监听MCP源获取配置并缓存
    • MCP Sink: API配置获取和监听方式更新管理的MCP客户端
  2. 初始化校验服务器, 并将其注册到HTTPS多路服用其中
    • 校验服务器初始化时失败策略为Ignore(忽略配置错误)
    • 校验服务器最后与HTTPS同时启动以验证配置
  3. 初始化并运行Webhook控制器(Istiod启动阶段)
    • 通过监控CA文件的更新事件, 动态更新Webhook配置

Data Plane

数据面(Data Plane): 流量管理和数据上报

  1. 数据面代理统一的注入到管理服务的访问链路上
  2. 数据面代理通过控制面的EDS服务发现接口动态地更新负载均衡池
  3. 数据面代理通过Iptables规则实现流量拦截和管理, 且只能拦截TCP流量

Sidecar

Sidecar: Istio数据面的服务代理组件模式

  1. 构成: Pilot-agent守护进程、Envoy代理进程
  2. 本质: 与应用容器共享网络命名空间, 并通过Iptables拦截流量交由Envoy处理

如: Envoy管理流量的链路

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  1. 流量拦截本质: Envoy在请求方和响应方分别建立Socket连接形成链路转发
  2. 可通过注解sidecar.istio.io/interceptionMode指定拦截模式
    • 流量拦截模式: Redirect(默认)、Tproxy

Redirect: Iptables的REDIRECT目标拦截(路由转发)

  1. 缺陷: 丢失源客户端信息(未绑定源地址, 使用随机端口作为连接地址)
  2. Pod访问自身时需经历完整的Outbound+Inbound管理流程(Inbound流程与外部访问相同)
  3. Pod内部访问环回地址或本地网络设备lo和外部访问Envoy管理端口时, 将忽略Iptables规则

如: Redirect模式的Inbound流量拦截流程

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  1. Evnoy在Pod内部建立的Socket连接地址使用固定的127.0.0.1
  2. 可在HTTP请求头中添加特定KV以保留源客户端信息

Tproxy: Iptables的TPROXY目标拦截(报文转发)

  1. 缺陷: 复杂度较高, 仅实现L4源客户端信息保留
  2. Envoy需开启IP_TRANSPARENT(绑定连接不检查地址)
  3. 拦截Outbound流量时需采用DNAT方式, 无法保留源地址

如: Tproxy模式的Inbound流量拦截流程

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  1. 所有不可达的远程地址都有默认路由

Injector: Istio自动注入的Webhook组件

  1. 本质: kube-apiserver拦截Pod创建, 调用Webhook插入istio-init和istio-proxy容器
  2. 注入时会自动解析端口并配置就绪探针(服务需有对应的SVC, 否则检查始终失败)
  3. 也可通过istioctl命令行工具实现手动注入, 实现效果相同

如: Injector注入Sidecar容器流程

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  1. Injector配置由ConfigMap保存, 并通过MutatingWebhookConfiguration动态生效
    • 配置中包含注入模板和默认值, 每次注入时动态渲染
    • ConfigMap名称: istio-sidecar-injector
  2. istio-init容器负责配置Pod的Iptables规则, 以实现流量拦截
  3. istio-proxy容器负责启动Pilot-agent进程, 以管理Envoy代理

Istio-proxy

Istio-proxy: 数据面代理容器


如: Istio-proxy的组成

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Pilot-agent

Pilot-agent: 守护进程的方式维护Envoy

  1. 其他功能: 扩展功能、SDS证书管理、连接控制面
  2. pilot-agent和envoy进程之间使用UDS协议通信, 不受Iptables规则管理
  3. 代理应用的健康检查(重写检查直接发送给Pilot-agent, 以绕过Envoy拦截)

如: Pilot-agent架构

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  1. 根据启动参数和环境变量渲染Envoy的Bootstrap配置文件
    • 以/var/lib/istio/envoy/envoy_bootstrap_tmpl.json文件为启动模板
    • 构建容器时复制模板并生成静态配置文件/etc/istio/proxyenvoy-rev0.json
    • xDS API调用需依赖于Bootstrap配置文件(获取相关配置信息)
  2. 监控Envoy运行情况
    • 通过监控envoy进程的Stdout和Stderr描述符获取状态
    • 当envoy进程结束时, pilot-agent进程清理资源后也随之结束(实现Pod重启)
    • 当envoy进程以优雅退出时, 将拒绝外部所有请求并等待内部所有请求处理结束

xDS Proxy: Pilot-agent的xDS请求代理

  1. 下游ADS服务器(gRPC服务器)
    • 接受Envoy的xDS请求并透明转发给上游处理模块
    • 首次接受LDS请求时, 会主动发送NDS和PCDS请求
  2. 上游请求处理模块
    • 从请求队列中依次取出xDS请求发送给Istiod
  3. 上游响应处理模块
    • 接受Istiod返回的xDS响应, 并透明转发给下游ADS服务器
    • NDS、PCDS和ECDS请求将单独拦截处理

如: xDS Proxy原理

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  1. PCDS: 拦截Proxy Config并更新本地Trust Bundle以触发SDS代理更新证书
    • Envoy加载TLS Context时, 会主动向Pilo-agent的SDS Server发送SDS请求
    • 当提供自定义证书时, Envoy会直接向xDS Proxy发送SDS请求(透明转发)
    • SDS Server请求并转发证书时, 会同时缓存和负责证书的轮转
  2. ECDS(Extension Config Discovery Service): Envoy原生支持的扩展配置发现服务
    • xDS Proxy会拦截ECDS配置, 并交由ECDS处理器处理以重写ECDS配置
    • Istio通过ECDS生成器和xDS Proxy协作, 实现对Wasm的远程获取

Metadta Exchange

Metadata Exchange(元数据交换): 补充元数据信息, 完善上报数据

  1. 本质: 数据面代理Envoy通过metadata_exchangeFilter彼此交换元数据
  2. 数据面代理创建时自动创建个EnvoyFilter, 以插入L4和L7Filter实现元数据交换
  3. 交换信息存储与Envoy内存观测数据集合Stats中, 可被其他系统拉取并汇总(如: Prometheus)

如: L4的元数据交换

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  1. 数据面代理创建时会自动获取自身元数据信息, 并将其写入Envoy的bootstrap配置中
  2. 元数据交换可实现L4/L7的请求数据完善, 两者的实现方式不同
    • L4的TCP元数据交换基于istio-peer-exchange协议, 需双方启用mTLS
    • L7的HTTP元数据交换基于请求头和响应头

Ambient

Ambient: Istio数据面的节点代理模式

  1. 构成: ztunnel、waypoint
  2. 本质: 节点上多个服务共享ztunnel组件代理

如: Ambient代理模型

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  1. ztunnel组件以Daemonset形式部署
    • 提供mTLS、可观测性、身份验证和L4授权等功能
  2. waypoint组件以Deployment形式部署
    • 提供HTTP路由、负载均衡、熔断和重试等L7流量管理功能

如: Ambient拦截流量原理

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编程日记 2025/5/14 15:09:39

即时通讯| IM+RTC在AI技术加持下的社交体验

即时通讯作为互联网的重要应用之一，见证了中国互联网30年发展的辉煌历程。 它从最初的文字交流，发展到如今的语音、视频通话，甚至是虚拟现实社交，已经渗透到生活的社交、娱乐、商务等方方面面，成为现代社会不可或缺的一…...

编程日记 2025/5/9 10:51:40

评估人工智能生成答案准确性

目录 评估人工智能生成答案准确性 评估人工智能生成答案准确性 在评估人工智能（AI）系统生成的答案准确性时，我们主要关注两个方面：事实相似性和语义相似性。这两个方面的加权平均分数被用来衡量系统回答的准确性。 事实相似性： 事实相似性通过F1分数来计算。F1分数是精确…...

编程日记 2025/5/4 13:38:28

scala的守卫语句格式

import scala.io.StdIn object test49{//从控制台读入一个数字a,使用&#xff08;StdIn.readInt&#xff09;//如果a>0并且a<3,打印[0-3]//如果a>4并且a<8,打印[4-8]//否则:打印未匹配 // def main(args: Array[String]): Unit { // val aStdIn.readInt()//等…...

编程日记 2025/5/13 11:37:46

结构型模式-组合模式

组合模式&#xff08;Composite Pattern&#xff09;是一种结构型设计模式&#xff0c;它通过将对象组合成树形结构来表示“部分-整体”的层次结构&#xff0c;从而使客户端对单个对象和组合对象的使用具有一致性。 适用场景 需要表示对象的层次结构&#xff1a;如文件系统、组…...

编程日记 2025/5/11 15:26:28

（超详细图文）PLSQL Developer 配置连接远程 Oracle 服务

1、下载配置文件 &#xff08;超详细图文详情&#xff09;Navicat 配置连接 Oracle-CSDN博客 将下载的文件解压到单独文件夹&#xff0c;如&#xff1a;D:\App\App_Java\Oracle\instantclient-basic-windows.x64-19.25.0.0.0dbru 2、配置 打开 PLSQL Developer&#xff0c;登…...

编程日记 2025/5/15 9:07:01

【AI系统】昇腾 AI 架构介绍

昇腾 AI 架构介绍 昇腾计算的基础软硬件是产业的核⼼&#xff0c;也是 AI 计算能⼒的来源。华为&#xff0c;作为昇腾计算产业⽣态的⼀员&#xff0c;是基础软硬件系统的核⼼贡献者。昇腾计算软硬件包括硬件系统、基础软件和应⽤使能等。 而本书介绍的 AI 系统整体架构&#…...

编程日记 2025/5/12 10:29:47

D83【python 接口自动化学习】- pytest基础用法

day83 pytest测试用例执行顺序 学习日期&#xff1a;20241129 学习目标&#xff1a;http定义及实战 -- pytest测试用例执行顺序 学习笔记&#xff1a; 测试用例执行顺序 默认执行顺序使用pytest-ordering自定义顺序 pytestrequests练习 import requestsdef test_mobile()…...

编程日记 2025/5/15 9:22:02

浅谈C#库之Memcached

一、Memcached库介绍 Memcached是一个开源的高性能分布式内存缓存系统&#xff0c;它通过将数据存储在内存中来加速动态Web应用。以下是Memcached的一些关键特点&#xff1a; 1、高性能&#xff1a;Memcached使用内存进行数据存储&#xff0c;访问速度极快。 2、分布式&…...

编程日记 2025/5/14 5:44:27