Istio 从懵圈到熟练:二分之一活的微服务-阿里云开发者社区

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Istio 从懵圈到熟练:二分之一活的微服务

简介: Istio 的现状是,聊的人很多,用的人其实很少。所以导致我们能看到的文章,讲道理的很多,讲实际踩坑经验的极少。阿里云售后团队作为一线踩坑团队,分享问题排查经验,我们责无旁贷。这篇文章,我就跟大家聊一个简单 Istio 问题的排查过程,权当抛砖。

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作者 | 声东  阿里云售后技术专家

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Istio is the future!基本上,我相信对云原生技术趋势有些微判断的同学,都会有这个觉悟。其背后的逻辑其实是比较简单的:当容器集群,特别是 Kubernetes 成为事实上的标准之后,应用必然会不断的复杂化,服务治理肯定会成为强需求。

Istio 的现状是,聊的人很多,用的人其实很少。所以导致我们能看到的文章,讲道理的很多,讲实际踩坑经验的极少。阿里云售后团队作为一线踩坑团队,分享问题排查经验,我们责无旁贷。这篇文章,我就跟大家聊一个简单 Istio 问题的排查过程,权当抛砖。

二分之一活的微服务

问题是这样的,用户在自己的测试集群里安装了 Istio,并依照官方文档部署 bookinfo 应用来上手 Istio。部署之后,用户执行 kubectl get pods 命令,发现所有的 Pod 都只有二分之一个容器是 READY 的。

# kubectl get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
details-v1-68868454f5-94hzd 1/2 Running 0 1m
productpage-v1-5cb458d74f-28nlz 1/2 Running 0 1m
ratings-v1-76f4c9765f-gjjsc 1/2 Running 0 1m
reviews-v1-56f6855586-dplsf 1/2 Running 0 1m
reviews-v2-65c9df47f8-zdgbw 1/2 Running 0 1m
reviews-v3-6cf47594fd-cvrtf 1/2 Running 0 1m

如果从来都没有注意过 READY 这一列的话,我们大概会有两个疑惑:2 在这里是什么意思,以及 1/2 到底意味着什么。

简单来讲,这里的 READY 列,给出的是每个 Pod 内部容器的 Readiness,即就绪状态。每个集群节点上的 kubelet 会根据容器本身 Readiness 规则的定义,分别是 tcp、http 或 exec 的方式,来确认对应容器的 Readiness 情况。

更具体一点,kubelet 作为运行在每个节点上的进程,以 tcp/http 的方式(节点网络命名空间到 Pod 网络命名空间)访问容器定义的接口,或者在容器的 namespace 里执行 exec 定义的命令,来确定容器是否就绪。

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这里的 2 说明这些 Pod 里都有两个容器,1/2 则表示,每个 Pod 里只有一个容器是就绪的,即通过 Readiness 测试的。关于 2 这一点,我们下一节会深入讲,这里我们先看一下,为什么所有的 Pod 里,都有一个容器没有就绪。

使用 kubectl 工具拉取第一个 details pod 的编排模板,可以看到这个 Pod 里两个容器,只有一个定义了 readiness probe。对于未定义 readiness probe 的容器, kubelet 认为,只要容器里的进程开始运行,容器就进入就绪状态了。所以 1/2 个就绪 Pod,意味着,有定义 readiness probe 的容器,没有通过 kubelet 的测试。

没有通过 readiness probe 测试的是 istio-proxy 这个容器。它的 readiness probe 规则定义如下:

readinessProbe:
  failureThreshold: 30
  httpGet:
    path: /healthz/ready
    port: 15020
    scheme: HTTP
  initialDelaySeconds: 1
  periodSeconds: 2
  successThreshold: 1
  timeoutSeconds: 1

我们登录这个 Pod 所在的节点,用 curl 工具来模拟 kubelet 访问下边的 uri,测试 istio-proxy 的就绪状态。

# curl http://172.16.3.43:15020/healthz/ready -v
* About to connect() to 172.16.3.43 port 15020 (#0)
*   Trying 172.16.3.43...
* Connected to 172.16.3.43 (172.16.3.43) port 15020 (#0)
> GET /healthz/ready HTTP/1.1
> User-Agent: curl/7.29.0
> Host: 172.16.3.43:15020
> Accept: */*> 
< HTTP/1.1 503 Service Unavailable< Date: Fri, 30 Aug 2019 16:43:50 GMT
< Content-Length: 0
< * 
Connection #0 to host 172.16.3.43 left intact

绕不过去的大图

上一节我们描述了问题现象,但是留下一个问题,就是 Pod 里的容器个数为什么是 2。虽然每个 Pod 本质上至少有两个容器:一个是占位符容器 pause,另一个是真正的工作容器,但是我们在使用 kubectl 命令获取 Pod 列表的时候,READY 列是不包括 pause 容器的。

这里的另外一个容器,其实就是服务网格的核心概念 sidercar。其实把这个容器叫做 sidecar,某种意义上是不能反映这个容器的本质的。Sidecar 容器本质上是反向代理,它本来是一个 Pod 访问其他服务后端 Pod 的负载均衡。

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然而,当我们为集群中的每一个 Pod,都“随身”携带一个反向代理的时候,Pod 和反向代理就变成了服务网格。正如下边这张经典大图所示。这张图实在有点难画,所以只能借用,绕不过去。

4.png

所以 sidecar 模式,其实是“自带通信员”模式。这里比较有趣的是,在我们把 sidecar 和 Pod 绑定在一块的时候,sidecar 在出流量转发时扮演着反向代理的角色,而在入流量接收的时候,可以做超过反向代理职责的一些事情。这点我们会在其他文章里讨论。

Istio 在 Kubernetes 基础上实现了服务网格,Isito 使用的 sidecar 容器就是第一节提到的,没有就绪的容器。所以这个问题,其实就是服务网格内部,所有的 sidecar 容器都没有就绪。

代理与代理的生命周期管理

上一节我们看到,Istio 中的每个 Pod,都自带了反向代理 sidecar。我们遇到的问题是,所有的 sidecar 都没有就绪。我们也看到 readiness probe 定义的,判断 sidecar 容器就绪的方式就是访问下边这个接口:

http://<pod ip>:15020/healthz/ready

接下来,我们深入看下 Pod,以及其 sidecar 的组成及原理。在服务网格里,一个 Pod 内部除了本身处理业务的容器之外,还有 istio-proxy 这个 sidecar 容器。正常情况下,istio-proxy 会启动两个进程:pilot-agent 和 Envoy。

如下图,Envoy 是实际上负责流量管理等功能的代理,从业务容器出、入的数据流,都必须要经过 Envoy;而 pilot-agent 负责维护 Envoy 的静态配置,以及管理 Envoy 的生命周期。这里的动态配置部分,我们在下一节会展开来讲。

5.png

我们可以使用下边的命令进入 Pod 的 istio-proxy 容器做进一步排查。这里的一个小技巧,是我们可以以用户 1337,使用特权模式进入 istio-proxy 容器,如此就可以使用 iptables 等只能在特权模式下运行的命令。

docker exec -ti -u 1337 --privileged <istio-proxy container id> bash

这里的 1337 用户,其实是 sidecar 镜像里定义的一个同名用户 istio-proxy,默认 sidecar 容器使用这个用户。如果我们在以上命令中,不使用用户选项 u,则特权模式实际上是赋予 root 用户的,所以我们在进入容器之后,需切换到 root 用户执行特权命令。

进入容器之后,我们使用 netstat 命令查看监听,我们会发现,监听 readiness probe 端口 15020 的,其实是 pilot-agent 进程。

istio-proxy@details-v1-68868454f5-94hzd:/$ netstat -lnpt
Active Internet connections (only servers)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State       PID/Program name
tcp        0      0 0.0.0.0:15090           0.0.0.0:*               LISTEN      19/envoy
tcp        0      0 127.0.0.1:15000         0.0.0.0:*               LISTEN      19/envoy
tcp        0      0 0.0.0.0:9080            0.0.0.0:*               LISTEN      -
tcp6       0      0 :::15020                :::*                    LISTEN      1/pilot-agent

我们在istio-proxy内部访问readiness probe接口,一样会得到503的错误。

就绪检查的实现

了解了 sidecar 的代理,以及管理代理生命周期的 pilot-agent 进程,我们可以稍微思考一下 pilot-agent 应该怎么去实现 healthz/ready 这个接口。显然,如果这个接口返回 OK 的话,那不仅意味着 pilot-agent 是就绪的,而必须确保代理是工作的。

实际上 pilot-agent 就绪检查接口的实现正是如此。这个接口在收到请求之后,会去调用代理 Envoy 的 server_info 接口。调用所使用的 IP 是 Localhost。这个非常好理解,因为这是同一个 Pod 内部进程通信。使用的端口是 Envoy 的 proxyAdminPort,即 15000。

6.png

有了以上的知识准备之后,我们来看下 istio-proxy 这个容器的日志。实际上,在容器日志里,一直在重复输出一个报错,这句报错分为两部分,其中 Envoy proxy is NOT ready 这部分是 pilot agent 在响应 healthz/ready 接口的时候输出的信息,即 Envoy 代理没有就绪;而剩下的 config not received from Pilot (is Pilot running?): cds updates: 0 successful, 0 rejected; lds updates: 0 successful, 0 rejected 这部分,是 pilot-agent 通过 proxyAdminPort 访问 server_info 的时候带回的信息,看起来是 Envoy 没有办法从 Pilot 获取配置。

Envoy proxy is NOT ready: config not received from Pilot (is Pilot running?): cds updates: 0 successful, 0 rejected; lds updates: 0 successful, 0 rejected.

到这里,建议大家回退看下上一节的插图,在上一节我们选择性的忽略是 Pilot 到 Envoy 这条虚线,即动态配置。这里的报错,实际上是 Envoy 从控制面 Pilot 获取动态配置失败。

控制面和数据面

目前为止,这个问题其实已经很清楚了。在进一步分析问题之前,我聊一下我对控制面和数据面的理解。控制面数据面模式,可以说无处不在。我们这里举两个极端的例子。

第一个例子,是 DHCP 服务器。我们都知道,在局域网中的电脑,可以通过配置 DHCP 来获取 IP 地址,这个例子中,DHCP 服务器统一管理,动态分配 IP 地址给网络中的电脑,这里的 DHCP 服务器就是控制面,而每个动态获取 IP 的电脑就是数据面。

第二个例子,是电影剧本,和电影的演出。剧本可以认为是控制面,而电影的演出,包括演员的每一句对白,电影场景布置等,都可以看做是数据面。

我之所以认为这是两个极端,是因为在第一个例子中,控制面仅仅影响了电脑的一个属性,而第二个例子,控制面几乎是数据面的一个完整的抽象和拷贝,影响数据面的方方面面。Istio 服务网格的控制面是比较靠近第二个例子的情况,如下图:

7.png

Istio 的控制面 Pilot 使用 gRPC 协议对外暴露接口 istio-pilot.istio-system:15010,而 Envoy 无法从 Pilot 处获取动态配置的原因,是在所有的 Pod 中,集群 DNS 都无法使用。

简单的原因

这个问题的原因其实比较简单,在 sidecar 容器 istio-proxy 里,Envoy 不能访问 Pilot 的原因是集群 DNS 无法解析 istio-pilot.istio-system 这个服务名字。在容器里看到 resolv.conf 配置的 DNS 服务器是 172.19.0.10,这个是集群默认的 kube-dns 服务地址。

istio-proxy@details-v1-68868454f5-94hzd:/$ cat /etc/resolv.conf
nameserver 172.19.0.10
search default.svc.cluster.local svc.cluster.local cluster.local localdomain

但是客户删除重建了 kube-dns 服务,且没有指定服务 IP,这导致,实际上集群 DNS 的地址改变了,这也是为什么所有的 sidecar 都无法访问 Pilot。

# kubectl get svc -n kube-system
NAME                      TYPE           CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP     PORT(S)                      AGE
kube-dns                  ClusterIP      172.19.9.54     <none>          53/UDP,53/TCP                5d

最后,通过修改 kube-dns 服务,指定 IP 地址,sidecar 恢复正常。

# kubectl get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
details-v1-68868454f5-94hzd 2/2 Running 0 6d
nginx-647d5bf6c5-gfvkm 2/2 Running 0 2d
nginx-647d5bf6c5-wvfpd 2/2 Running 0 2d
productpage-v1-5cb458d74f-28nlz 2/2 Running 0 6d
ratings-v1-76f4c9765f-gjjsc 2/2 Running 0 6d
reviews-v1-56f6855586-dplsf 2/2 Running 0 6d
reviews-v2-65c9df47f8-zdgbw 2/2 Running 0 6d
reviews-v3-6cf47594fd-cvrtf 2/2 Running 0 6d

结论

这其实是一个比较简单的问题,排查过程其实也就几分钟。但是写这篇文章,有点感觉是在看长安十二时辰,短短几分钟的排查过程,写完整背后的原理,前因后果,却花了几个小时。这是 Istio 文章的第一篇,希望在大家排查问题的时候,有所帮助。

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