Istio 架构
Istio 服务网格从逻辑上分为数据平面和控制平面。
- 数据平面 由一组智能代理（Envoy）组成，被部署为 sidecar。这些代理负责协调和控制微服务之间的所有网络通信。他们还收集和报告所有网格流量的遥测数据。
- 控制平面 管理并配置代理来进行流量路由。
Istio 核心组件
下图展示了组成每个平面的不同组件：
Istio 中的流量分为数据平面流量和控制平面流量。
- 数据平面流量是指工作负载的业务逻辑发送和接收的消息
- 控制平面流量是指在 Istio 组件之间发送的配置和控制消息用来编排网格的行为
- Istio 中的流量管理特指数据平面流量
Envoy
Istio 使用 Envoy 代理的扩展版本。Envoy 是用 C++ 开发的高性能代理，用于协调服务网格中所有服务的入站和出站流量。Envoy 代理是唯一与数据平面流量交互的 Istio 组件。
Envoy 代理被部署为服务的 sidecar，在逻辑上为服务增加了 Envoy 的许多内置特性，例如:
- 动态服务发现
- 负载均衡
- TLS 终端
- HTTP/2 与 gRPC 代理
- 熔断器
- 健康检查
- 基于百分比流量分割的分阶段发布
- 故障注入
- 丰富的指标
这种 sidecar 部署允许 Istio 提取大量关于流量行为的信号作为属性。Istio 可以使用这些属性来实施策略决策，并将其发送到监视系统以提供有关整个网格行为的信息。
由 Envoy 代理启用的一些 Istio 的功能和任务包括:
- 流量控制功能：通过丰富的 HTTP、gRPC、WebSocket 和 TCP 流量路由规则来执行细粒度的流量控制。
- 网络弹性特性：重试设置、故障转移、熔断器和故障注入。
- 安全性和身份验证特性：执行安全性策略以及通过配置 API 定义的访问控制和速率限制。
- 基于 WebAssembly 的可插拔扩展模型，允许通过自定义策略实施和生成网格流量的遥测。
Pilot
Pilot 为 Envoy sidecar 提供服务发现、用于智能路由的流量管理功能（例如，A/B 测试、金丝雀发布等）以及弹性功能（超时、重试、熔断器等）。
Pilot 将控制流量行为的高级路由规则转换为特定于环境的配置，并在运行时将它们传播到 sidecar。Pilot 将特定于平台的服务发现机制抽象出来，并将它们合成为任何符合 Envoy API 的 sidecar 都可以使用的标准格式。
下图展示了平台适配器和 Envoy 代理如何交互。
- 平台启动一个服务的新实例，该实例通知其平台适配器。
- 平台适配器使用
Pilot抽象模型注册实例。 Pilot将流量规则和配置派发给Envoy代理，来传达此次更改。
Citadel
Citadel通过内置的身份和证书管理，可以支持强大的服务到服务以及最终用户的身份验证。您可以使用 Citadel 来升级服务网格中的未加密流量。使用 Citadel operator 可以执行基于服务身份的策略。
Galley
Galley 是 Istio 的配置验证、提取、处理和分发组件。它负责将其余的 Istio 组件与从底层平台（例如 Kubernetes）获取用户配置的细节隔离开来。
Istio 部署模型
您可以将单个网格配置为包括多集群。多集群部署可为您提供更大程度的隔离和可用性，但会增加复杂性。 如果您的系统具有高可用性要求，则可能需要集群跨多个可用区和地域。 对于应用变更或新的版本，您可以在一个集群中配置金丝雀发布，这有助于把对用户的影响降到最低。 此外，如果某个集群有问题，您可以暂时将流量路由到附近的集群，直到解决该问题为止。
Istio 1.6 性能总结
Istio 负载测试 网格包含了 1000 个服务和 2000 个 sidecar，全网格范围内，QPS 为 70,000。 在使用 Istio 1.6 运行测试后，我们得到了如下结果：
- 通过代理的 QPS 有 1000 时，Envoy 使用了 0.5 vCPU 和 50 MB 内存。
- 网格总的 QPS 为 1000 时，
istio-telemetry服务使用了 0.6 vCPU。 - Pilot 使用了 1 vCPU 和 1.5 GB 内存。
- 90% 的情况 Envoy 代理只增加了 2.8 ms 的延迟。
常用端口和协议
| 端口 | 协议 | 使用者 | 描述 |
|---|---|---|---|
| 8060 | HTTP | Citadel | GRPC 服务器 |
| 8080 | HTTP | Citadel agent | SDS service 监控 |
| 9090 | HTTP | Prometheus | Prometheus |
| 9091 | HTTP | Mixer | 策略/遥测 |
| 9876 | HTTP | Citadel, Citadel agent | ControlZ 用户界面 |
| 9901 | GRPC | Galley | 网格配置协议 |
| 15000 | TCP | Envoy | Envoy 管理端口 (commands/diagnostics) |
| 15001 | TCP | Envoy | Envoy 传出 |
| 15006 | TCP | Envoy | Envoy 传入 |
| 15004 | HTTP | Mixer, Pilot | 策略/遥测 - mTLS |
| 15010 | HTTP | Pilot | Pilot service - XDS pilot - 发现 |
| 15011 | TCP | Pilot | Pilot service - mTLS - Proxy - 发现 |
| 15014 | HTTP | Citadel, Citadel agent, Galley, Mixer, Pilot, Sidecar Injector | 控制平面监控 |
| 15020 | HTTP | Ingress Gateway | Pilot 健康检查 |
| 15029 | HTTP | Kiali | Kiali 用户界面 |
| 15030 | HTTP | Prometheus | Prometheus 用户界面 |
| 15031 | HTTP | Grafana | Grafana 用户界面 |
| 15032 | HTTP | Tracing | Tracing 用户界面 |
| 15443 | TLS | Ingress and Egress Gateways | SNI |
| 15090 | HTTP | Mixer | Proxy |
| 42422 | TCP | Mixer | 遥测 - Prometheus |
参考文献
https://preliminary.istio.io/docs/ops/deployment/architecture/
https://preliminary.istio.io/zh/docs/ops/deployment/architecture/
https://preliminary.istio.io/zh/docs/ops/deployment/deployment-models/
https://preliminary.istio.io/docs/ops/deployment/performance-and-scalability/
https://preliminary.istio.io/docs/ops/deployment/requirements/