Istio從懵圈到熟練 – 二分之一活的微服務

作者：shengdong

Istio is the future！基本上，我相信對雲原生技術趨勢有些微判斷的同學，都會有這個覺悟。其背後的邏輯其實是比較簡單的：當容器叢集，特别是K8S成為事實上的标準之後，應用必然會不斷的複雜化，服務治理肯定會成為強需求。

Istio的現狀是，聊的人很多，用的人其實很少。是以導緻我們能看到的文章，講道理的很多，講實際踩坑經驗的極少。

阿裡雲售後團隊作為一線踩坑團隊，分享問題排查經驗，我們責無旁貸。這篇文章，我就跟大家聊一個簡單Istio問題的排查過程，權當抛磚。

二分之一活的微服務

問題是這樣的，使用者在自己的測試叢集裡安裝了Istio，并依照官方文檔部署bookinfo應用來上手Istio。部署之後，使用者執行kubectl get pods指令，發現所有的pods都隻有二分之一個容器是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           

如果從來都沒有注意過READY這一列的話，我們大概會有兩個疑惑：2在這裡是什麼意思，以及1/2到底意味着什麼。

簡單來講，這裡的READY列，給出的是每個pod内部容器的readiness，即就緒狀态。每個叢集節點上的kubelet會根據容器本身readiness規則的定義，分别是tcp、http或exec的方式，來确認對應容器的readiness情況。

更具體一點，kubelet作為運作在每個節點上的程序，以tcp/http的方式（節點網絡命名空間到pod網絡命名空間）通路容器定義的接口，或者在容器的namespace裡執行exec定義的指令，來确定容器是否就緒。

這裡的2說明這些pod裡都有兩個容器，1/2則表示，每個pod裡隻有一個容器是就緒的，即通過readiness測試的。關于2這一點，我們下一節會深入講，這裡我們先看一下，為什麼所有的pod裡，都有一個容器沒有就緒。

使用kubectl工具拉取第一個details pod的編排模闆，可以看到這個pod裡兩個容器，隻有一個定義了readiness probe。對于未定義readiness probe的容器，kubelet認為，隻要容器裡的程序開始運作，容器就進入就緒狀态了。是以1/2個就緒pod，意味着，有定義readiness probe的容器，沒有通過kubelet的測試。

沒有通過readiness probe測試的是istio-proxy這個容器。它的readiness probe規則定義如下。

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

我們登入這個pod所在的節點，用curl工具來模拟kubelet通路下邊的uri，測試istio-proxy的就緒狀态。

# 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           

繞不過去的大圖

上一節我們描述了問題現象，但是留下一個問題，就是pod裡的容器個數為什麼是2。雖然每個pod本質上至少有兩個容器，一個是占位符容器pause，另一個是真正的工作容器，但是我們在使用kubectl指令擷取pod清單的時候，READY列是不包括pause容器的。

這裡的另外一個容器，其實就是服務網格的核心概念sidercar。其實把這個容器叫做sidecar，某種意義上是不能反映這個容器的本質的。Sidecar容器本質上是反向代理，它本來是一個pod通路其他服務後端pod的負載均衡。

然而，當我們為叢集中的每一個pod，都“随身”攜帶一個反向代理的時候，pod和反向代理就變成了服務網格。正如下邊這張經典大圖所示。這張圖實在有點難畫，是以隻能借用，繞不過去。

是以sidecar模式，其實是“自帶通信員”模式。這裡比較有趣的是，在我們把sidecar和pod綁定在一塊的時候，sidecar在出流量轉發時扮演着反向代理的角色，而在入流量接收的時候，可以做超過反向代理職責的一些事情。這點我們會在其他文章裡讨論。

Istio在K8S基礎上實作了服務網格，Isito使用的sidecar容器就是第一節提到的，沒有就緒的容器。是以這個問題，其實就是服務網格内部，所有的sidecar容器都沒有就緒。

代理與代理的生命周期管理

上一節我們看到，istio中的每個pod，都自帶了反向代理sidecar。我們遇到的問題是，所有的sidecar都沒有就緒。我們也看到readiness probe定義的，判斷sidecar容器就緒的方式就是通路下邊這個接口。

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

接下來，我們深入看下pod，以及其sidecar的組成及原理。在服務網格裡，一個pod内部除了本身處理業務的容器之外，還有istio-proxy這個sidecar容器。正常情況下，istio-proxy會啟動兩個程序，pilot-agent和envoy。

如下圖，envoy是實際上負責流量管理等功能的代理，從業務容器出、入的資料流，都必須要經過envoy；而pilot-agent負責維護envoy的靜态配置，以及管理envoy的生命周期。這裡的動态配置部分，我們在下一節會展開來講。

我們可以使用下邊的指令進入pod的istio-proxy容器做進一步排查。這裡的一個小技巧，是我們可以以使用者1337，使用特權模式進入istio-proxy容器，如此就可以使用iptables等隻能在特權模式下運作的指令。

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

這裡的1337使用者，其實是sidecar鏡像裡定義的一個同名使用者istio-proxy，預設sidecar容器使用這個使用者。如果我們在以上指令中，不使用使用者選項u，則特權模式實際上是賦予root使用者的，是以我們在進入容器之後，需切換到root使用者執行特權指令。

進入容器之後，我們使用netstat指令檢視監聽，我們會發現，監聽readiness probe端口15020的，其實是pilot-agent程序。

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           

我們在istio-proxy内部通路readiness probe接口，一樣會得到503的錯誤。

就緒檢查的實作

了解了sidecar的代理，以及管理代理生命周期的pilot-agent程序，我們可以稍微思考一下pilot-agent應該怎麼去實作healthz/ready這個接口。顯然，如果這個接口傳回OK的話，那不僅意味着pilot-agent是就緒的，而必須確定代理是工作的。

實際上pilot-agent就緒檢查接口的實作正是如此。這個接口在收到請求之後，會去調用代理envoy的server_info接口。調用所使用的的IP是localhost。這個非常好了解，因為這是同一個pod内部程序通信。使用的端口是envoy的proxyAdminPort，即15000。

有了以上的知識準備之後，我們來看下istio-proxy這個容器的日志。實際上，在容器日志裡，一直在重複輸出一個報錯，這句報錯分為兩部分，其中Envoy proxy is NOT ready這部分是pilot agent在響應healthz/ready接口的時候輸出的資訊，即Envoy代理沒有就緒；而剩下的config not received from Pilot (is Pilot running?): cds updates: 0 successful, 0 rejected; lds updates: 0 successful, 0 rejected這部分，是pilot-agent通過proxyAdminPort通路server_info的時候帶回的資訊，看起來是envoy沒有辦法從Pilot擷取配置。

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.           

到這裡，建議大家回退看下上一節的插圖，在上一節我們選擇性的忽略是Pilot到envoy這條虛線，即動态配置。這裡的報錯，實際上是envoy從控制面Pilot擷取動态配置失敗。

控制面和資料面

目前為止，這個問題其實已經很清楚了。在進一步分析問題之前，我聊一下我對控制面和資料面的了解。控制面資料面模式，可以說無處不在。我們這裡舉兩個極端的例子。

第一個例子，是dhcp伺服器。我們都知道，在區域網路中的電腦，可以通過配置dhcp來擷取ip位址，這個例子中，dhcp伺服器統一管理，動态配置設定ip位址給網絡中的電腦，這裡的dhcp伺服器就是控制面，而每個動态擷取ip的電腦就是資料面。

第二個例子，是電影劇本，和電影的演出。劇本可以認為是控制面，而電影的演出，包括演員的每一句對白，電影場景布置等，都可以看做是資料面。

我之是以認為這是兩個極端，是因為在第一個例子中，控制面僅僅影響了電腦的一個屬性，而第二個例子，控制面幾乎是資料面的一個完整的抽象和拷貝，影響資料面的方方面面。Istio服務網格的控制面是比較靠近第二個例子的情況，如下圖。

Istio的控制面Pilot使用grpc協定對外暴露接口istio-pilot.istio-system:15010，而envoy無法從Pilot處擷取動态配置的原因，是在所有的pod中，叢集dns都無法使用。

簡單的原因

這個問題的原因其實比較簡單，在sidecar容器istio-proxy裡，envoy不能通路Pilot的原因是叢集dns無法解析istio-pilot.istio-system這個服務名字。在容器裡看到resolv.conf配置的dns伺服器是172.19.0.10，這個是叢集預設的kube-dns服務位址。

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           

但是客戶删除重建了kube-dns服務，且沒有指定服務IP，這導緻，實際上叢集dns的位址改變了，這也是為什麼所有的sidecar都無法通路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           

最後，通過修改kube-dns服務，指定IP位址，sidecar恢複正常。

# 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           

結論

這其實是一個比較簡單的問題，排查過程其實也就幾分鐘。但是寫這篇文章，有點感覺是在看長安十二時辰，短短幾分鐘的排查過程，寫完整背後的原理，前因後果，卻花了幾個小時。這是Istio文章的第一篇，希望在大家排查問題的時候，有所幫助。