Istio源码解析系列part2—服务治理配置生效流程解析

本文系转载，原文作者：郑伟，小米信息部技术架构组

本系列文章主要从源码（35e2b904）出发，对istio做深入剖析，让大家对istio有更深的认知，从而方便平时排查问题。不了解Service Mesh和Istio的同学请先阅读敖小剑老师如下文章进行概念上的理解：

• Service Mesh：下一代微服务
• 服务网格新生代-Istio

服务治理配置生效流程解析

如果大家安装bookinfo并执行过文档中的task，可以了解到，所有服务治理流程都是通过istioctl工具，执行指定yaml配置文件来实现。那么从执行istioctl指令到配置文件生效，整个流程到底是什么样的呢？下面给大家做一个简单的介绍。

整个配置生效的流程图如下所示：

配置文件解析

以task request-routing为例，我们的需求是把名为jason的用户访问reviews服务的版本切换为v2。route-rule-reviews-test-v2.yaml内容如下所示：

apiVersion: config.istio.io/v1alpha2
kind: RouteRule
metadata:
  name: reviews-test-v2
spec:
  destination:
    name: reviews
  precedence: 2
  match:
    request:
      headers:
        cookie:
          regex: "^(.*?;)?(user=jason)(;.*)?$"
  route:
  - labels:
      version: v2

解析并执行istioctl create指令

通过istioctl create -f samples/bookinfo/kube/route-rule-reviews-test-v2.yaml指令来使规则生效，执行istioctl create指令运行的相关代码入口如下：

istio/cmd/istioctl/main.go#postCmd#113行。

postCmd = &cobra.Command{
        Use:     "create",
        Short:   "Create policies and rules",
        Example: "istioctl create -f example-routing.yaml",
        RunE: func(c *cobra.Command, args []string) error {
                    if len(args) != 0 {
                      c.Println(c.UsageString())
                      return fmt.Errorf("create takes no arguments")
                    }
                    // varr为转换成功的istio内部model.Config切片，包括routeRule、gateway、ingressRule、egressRule、policy等
                    // others是不能转换成model.Config的k8s object wrapper切片，后面会当成mixer配置来处理
                    varr, others, err := readInputs()
                    if err != nil {
                        return err
                    }
                    if len(varr) == 0 && len(others) == 0 {
                        return errors.New("nothing to create")
                    }
            ...
        }
} 

解析出model.Config切片、crd.istioKind切片流程

• model.Config 为istio配置单元
• crd.IstioKind 对k8s API对象做了一层封装

readInput函数解析create命令的相关参数（比如-f），如果是-f指定的文件是有效文件，则会调用pilot/pkg/config/kube/crd包的ParseInputs函数解析该文件。

func readInputs() ([]model.Config, []crd.IstioKind, error) {
    var reader io.Reader
        ...
            // 读取指定yaml文件
        if in, err = os.Open(file); err != nil {
            return nil, nil, err
        }
        defer func() {
            if err = in.Close(); err != nil {
                log.Errorf("Error: close file from %s, %s", file, err)
            }
        }()
        reader = in
    ... 
    input, err := ioutil.ReadAll(reader)
    ...
    return crd.ParseInputs(string(input))
}

ParseInputs函数内部逻辑：

func ParseInputs(inputs string) ([]model.Config, []IstioKind, error) {
    var varr []model.Config
    var others []IstioKind
    reader := bytes.NewReader([]byte(inputs))
    var empty = IstioKind{}

    // We store configs as a YaML stream; there may be more than one decoder.
    yamlDecoder := kubeyaml.NewYAMLOrJSONDecoder(reader, 512*1024)
    for {
        obj := IstioKind{}
        // 从reader中反序列化出IstioKind实例obj
        err := yamlDecoder.Decode(&obj)
        ...
        schema, exists := model.IstioConfigTypes.GetByType(CamelCaseToKabobCase(obj.Kind))
        ...
        config, err := ConvertObject(schema, &obj, "")
        ...
        if err := schema.Validate(config.Spec); err != nil {
            return nil, nil, fmt.Errorf("configuration is invalid: %v", err)
        }
        varr = append(varr, *config)
    }

    return varr, others, nil
}

ParseInputs返回三种类型的值[]Config、[]IstioKind、error。

istio/pilot/pkg/model#[]Config

其中Config为Istio内部的配置单元，包含匿名ConfigMeta以及ConfigMeta序列化的protobuf message；用户指定的yaml配置会被解析成相应的实例。

pilot/pkg/config/kube/crd#[]IstioKind

IstioKind为k8s API object的一层封装，内部包含两个匿名结构体和一个map：

  type IstioKind struct {
      meta_v1.TypeMeta   `json:",inline"`
      meta_v1.ObjectMeta `json:"metadata"`
      Spec               map[string]interface{} `json:"spec"`
  }

• IstioKindk8s.io/apimachinery/pkg/apis/meta/v1#TypeMeta

  TypeMeta包含了k8s REST资源类型（如RouteRule）、k8s API版本号（如config.istio.io/v1alpha2）。

• k8s.io/apimachinery/pkg/apis/meta/v1#ObjectMeta

  ObjectMeta包含了k8s 资源对象包含的各必要字段，包括Name、Namespace、UID等。

• Spec

  一个存储Spec数据的map。

上述代码将string类型的配置反序列化成IstioKind实例后，通过model.IstioConfigTypes.GetByType()方法获取istio的[]ProtoSchema实例。

// ConfigDescriptor 是一个由ProtoSchema组成的切片
type ConfigDescriptor []ProtoSchema
// ProtoSchema结构体定义了配置类型名称和protobuf消息的双向映射
type ProtoSchema struct {
    Type        string // 配置的proto类型，如route-rule
    Plural      string // type复数形式，如route-rules
    Group       string // 配置的proto组名，如config
    Version     string // 配置API的版本号，如一lpha2
    MessageName string // 配置的proto message名，如istio.routing.v1alpha1.RouteRule
    Gogo        bool   // 是否为gogo protobuf编码
    Validate    func(config proto.Message) error // protobuf校验函数
}

拿到schema后，通过ConvertObject方法，将k8s风格的object实例转换成istio内部的Config模型实例，并根据schema类型调用相应的校验函数对protobuf message进行校验。

将配置变更提交到k8s

istio/cmd/istioctl/main.go#postCmd#140行。

for _, config := range varr {
    // 初始化namespace数据
    if config.Namespace, err = handleNamespaces(config.Namespace); err != nil {
        return err
    }

    // 构造k8s crd.Client实例，crd.Client包含初始化的apiVerison到restClient映射的map。
    // 对每一种apiVerison（由schema.Group、"istio.io"、schema.Version组成的string，如"config.istio.io/v1alpha2"、"networking.istio.io/v1alpha3"等）
    // 都对应一个crd.restClient实例。
    var configClient *crd.Client
    if configClient, err = newClient(); err != nil {
        return err
    }
    var rev string
    // 通过k8s REST接口执行配置
    if rev, err = configClient.Create(config); err != nil {
        return err
    }
    fmt.Printf("Created config %v at revision %vn", config.Key(), rev)
}

configClient.Create方法执行流程如下：

func (cl *Client) Create(config model.Config) (string, error) {
    rc, ok := cl.clientset[apiVersionFromConfig(&config)]
    ...
    // 根据config.Type获取schema
    schema, exists := rc.descriptor.GetByType(config.Type)
    ...
    // 调用schema指定的Validate函数，对Spec这个protobuff进行校验
    if err := schema.Validate(config.Spec); err != nil {
        return "", multierror.Prefix(err, "validation error:")
    }
    // ConvertConfig函数将model.Config实例转换成IstioObject实例。
    // IstioObject是一个k8s API object的接口，crd包下有很多结构体实现了该接口，如MockConfig、RouteRule等
    out, err := ConvertConfig(schema, config)
    ...

    // 检索clientset map，用指定的restClient实例发送POST请求，使配置生效。
    obj := knownTypes[schema.Type].object.DeepCopyObject().(IstioObject)
    err = rc.dynamic.Post().
        Namespace(out.GetObjectMeta().Namespace).
        Resource(ResourceName(schema.Plural)).
        Body(out).
        Do().Into(obj)
    if err != nil {
        return "", err
    }
    return obj.GetObjectMeta().ResourceVersion, nil
}

pilot-discovery初始化

pilot/cmd/pilot-discovery/main.go#57行，构造discoveryServer实例。

...
discoveryServer, err := bootstrap.NewServer(serverArgs)
if err != nil {
    return fmt.Errorf("failed to create discovery service: %v", err)
}
...

监听k8s相关资源变更

NewServer函数内部流程如下：

func NewServer(args PilotArgs) (*Server, error) {
    ...
    // 初始化pilot配置控制器，根据pilot-discovery启动指令，初始化配置控制器。
    // 默认只会初始化kube配置控制器（kubeConfigController，它实现了model.ConfigStoreCache接口）。
    // kubeConfigController会watch k8s pod registration 、ingress resources、traffic rules等变化。
    if err := s.initConfigController(&args); err != nil {
        return nil, err
    }
    // 初始化服务发现控制器，控制器内部会构造K8sServiceControllers。
    if err := s.initServiceControllers(&args); err != nil {
        return nil, err
    }
    // 初始化DiscoveryService实例，实例内部注册了envoy xDS路由。
    // kubeConfigController中watch到变更后，envoy轮询xDS接口，获取变更。
    if err := s.initDiscoveryService(&args); err != nil {
        return nil, err
    }
    ...
}

注册envoy xDS路由

initDiscoveryServic方法内部流程如下：

func (s *Server) initDiscoveryService(args *PilotArgs) error {
    // 构造pilot runtime environment。environment中保存了kubeConfigController、serviceController等。
    environment := model.Environment{
        Mesh:             s.mesh,
        IstioConfigStore: model.MakeIstioStore(s.configController),
        ServiceDiscovery: s.ServiceController,
        ServiceAccounts:  s.ServiceController,
        MixerSAN:         s.mixerSAN,
    }
    // 构造DiscoveryService实例。
    discovery, err := envoy.NewDiscoveryService(
        s.ServiceController,
        s.configController,
        environment,
        args.DiscoveryOptions,
    )
}

NewDiscoveryService方法内部流程如下：

func NewDiscoveryService(ctl model.Controller, configCache model.ConfigStoreCache,
    environment model.Environment, o DiscoveryServiceOptions) (*DiscoveryService, error) {
    out := &DiscoveryService{
        Environment: environment, // 将environment赋值给Environment成员。
        sdsCache:    newDiscoveryCache("sds", o.EnableCaching),
        cdsCache:    newDiscoveryCache("cds", o.EnableCaching),
        rdsCache:    newDiscoveryCache("rds", o.EnableCaching),
        ldsCache:    newDiscoveryCache("lds", o.EnableCaching),
    }
    container := restful.NewContainer()
    ...
    // 注册web service容器。
    out.Register(container)
}

out.Register方法内部流程如下：

func (ds *DiscoveryService) Register(container *restful.Container) {
    ws := &restful.WebService{}
    ws.Produces(restful.MIME_JSON)
    ...

    // 注册Envoy xDS（SDS、CDS、RDS、LDS）路由
    // 注册 Envoy RDS(Route discovery service)路由。https://www.envoyproxy.io/docs/envoy/latest/api-v1/route_config/rds
    // RDS可以与SDS、EDS协同工作，来构建用户指定的路由拓扑（如流量切换、蓝绿部署等）。
    ws.Route(ws.
        GET(fmt.Sprintf("/v1/routes/{%s}/{%s}/{%s}", RouteConfigName, ServiceCluster, ServiceNode)).
        To(ds.ListRoutes).
        Doc("RDS registration").
        Param(ws.PathParameter(RouteConfigName, "route configuration name").DataType("string")).
        Param(ws.PathParameter(ServiceCluster, "client proxy service cluster").DataType("string")).
        Param(ws.PathParameter(ServiceNode, "client proxy service node").DataType("string")))

    // 注册 Envoy LDS(Listener discovery service)路由。https://www.envoyproxy.io/docs/envoy/latest/configuration/listeners/lds
    // Envoy可以从通过这个接口动态获取需要新的Listener信息，从而在运行时动态实例化Listener。
    // Listener可以用来处理不同的代理任务（如速率限制、HTTP连接管理、原始TCP代理等）。
    ws.Route(ws.
        GET(fmt.Sprintf("/v1/listeners/{%s}/{%s}", ServiceCluster, ServiceNode)).
        To(ds.ListListeners).
        Doc("LDS registration").
        Param(ws.PathParameter(ServiceCluster, "client proxy service cluster").DataType("string")).
        Param(ws.PathParameter(ServiceNode, "client proxy service node").DataType("string")))
    ...
}

• RDS路由绑定的ds.ListRoutes方法读取environment中相关配置，返回给Envoy实例需要配置的路由信息。
• LDS路由绑定的ds.ListListeners方法读取environment中相关配置，返回给Envoy实例需要的Listener信息。
  Envoy实例轮询xDS接口，获取变更的配置信息，最终执行具体的服务治理策略。

总结

结合上文中贴出的流程图

总结如下

Istio的pilot-discovery启动

用户通过istioctl应用配置