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为Istio准备应用程序


Istio是连接，保护和监视分布式应用程序的便捷工具。 Istio使用各种技术来大规模启动和管理软件，包括用于包装应用程序代码的容器和用于部署的依赖项，以及用于管理这些容器的Kubernetes。 因此，要使用Istio，您必须知道在没有 Istio的情况下具有基于这些技术的多种服务的应用程序如何工作。 如果您已经了解这些工具和概念，请随时跳过本指南，直接转到在Google Kubernetes Engine（GKE）上安装Istio或在GKE扩展程序上安装Istio 。


这是一个循序渐进的指南，在其中我们将介绍从源代码到GKE上的容器的整个过程，以便您通过示例了解这些技术的基本概念。 您还将看到Istio如何利用这些技术。 假定您对容器，Kubernetes，服务网格或Istio一无所知。


任务


在本指南中，您将完成以下任务：


  1. 探索带有多个服务的简单hello world应用程序。
  2. 从源代码运行应用程序。
  3. 将应用程序包装在容器中。
  4. 创建一个Kubernetes集群
  5. 将容器部署到群集。

开始之前


按照说明启用Kubernetes Engine API：


  1. 转到Google Cloud Platform控制台中的Kubernetes Engine页面 。
  2. 创建或选择一个项目。
  3. 等待API和相关服务打开。 这可能需要几分钟。
  4. 确保为Google Cloud Platform项目配置了结算方式。 了解如何启用结算 。

在本指南中，您可以使用Cloud Shell，它可以在具有基于Debian的Linux或Linux或macOS计算机的Google Compute Engine中准备g1小型虚拟机。


选项A：使用Cloud Shell


使用Cloud Shell的好处：


  • 完全定制了Python 2和Python 3开发环境（包括virtualenv ）。
  • 我们将使用的gcloud ， docker ， git和kubectl命令行工具已经安装。
  • 您可以从以下几种文本编辑器中进行选择：
    1. 使用 Cloud Shell窗口顶部的编辑图标打开的代码编辑器 。
    2. 从Cloud Shell中的命令行打开的Emacs，Vim或Nano。

要使用Cloud Shell ：


  1. 转到GCP控制台。
  2. 单击GCP控制台窗口顶部的“ 激活Cloud Shell”按钮。


在GCP控制台的底部，在新窗口中，使用命令行打开Cloud Shell会话。



选项B：在本地使用命令行工具


如果要在装有Linux或macOS的计算机上工作，则需要配置和安装以下组件：


  1. 设置Python 3和Python 2开发环境 。


  2. 使用gcloud命令行工具 安装Cloud SDK 。


  3. 安装kubectl ，这是用于Kubernetes的命令行工具。


    gcloud components install kubectl

  4. 安装Docker Community Edition（CE） 。 您将使用docker命令行工具为示例应用程序创建容器映像。


  5. 安装Git版本控制工具以通过GitHub获取示例应用程序。



下载示例代码


  1. 下载helloserver源代码：


     git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/istio-samples

  2. 转到示例代码目录：


     cd istio-samples/sample-apps/helloserver


探索多服务应用程序


该示例应用程序是用Python编写的，由与REST交互的两个组件组成：


  • 服务器 ：具有一个GET端点/的简单服务器，该控制台在控制台上显示“ hello world”。
  • loadgen ：一个脚本，它将流量发送到服务器 ，每秒可配置的请求数。


从源代码运行应用程序


要了解示例应用程序，请在Cloud Shell或计算机上运行它。
1）在istio-samples / sample-apps / helloserver目录中，运行server ：


 python3 server/server.py

服务器启动时，将显示以下内容：


 INFO:root:Starting server...

2）打开另一个终端窗口，以将请求发送到服务器 。 如果您使用的是Cloud Shell，请单击添加图标以打开另一个会话。
3）向服务器发送请求：


 curl http://localhost:8080

服务器答案：


 Hello World!

4）从下载示例代码的目录中，转到包含loadgen的目录：


 cd YOUR_WORKING_DIRECTORY/istio-samples/sample-apps/helloserver/loadgen

5）创建以下环境变量：


 export SERVER_ADDR=http://localhost:8080 export REQUESTS_PER_SECOND=5

6）运行virtualenv ：


 virtualenv --python python3 env

7）激活虚拟环境：


 source env/bin/activate

8）设置loadgen的要求：


 pip3 install -r requirements.txt

9）运行loadgen ：


 python3 loadgen.py

启动时， loadgen将显示以下消息：


 Starting loadgen: 2019-05-20 10:44:12.448415 5 request(s) complete to http://localhost:8080

在另一个终端窗口中， 服务器向控制台显示以下消息：


 127.0.0.1 - - [21/Jun/2019 14:22:01] "GET / HTTP/1.1" 200 - INFO:root:GET request, Path: / Headers: Host: localhost:8080 User-Agent: python-requests/2.22.0 Accept-Encoding: gzip, deflate Accept: */*

从网络角度来看，整个应用程序都在同一主机（本地计算机或Cloud Shell虚拟机）上运行。 因此，您可以使用localhost将请求发送到server 。
10）要停止loadgen和server ，请在每个终端窗口中输入Ctrl-c 。
11）在loadgen终端窗口中，禁用虚拟环境：


 deactivate

将应用程序包装在容器中


要在GKE上运行该应用程序，您需要将示例应用程序服务器 - 服务器和loadgen-打包到容器中 。 容器是打包应用程序以使其与环境隔离的一种方式。


要将应用程序打包在容器中，您需要一个Dockerfile 。 Dockerfile是一个文本文件，定义用于将应用程序源代码及其依赖项构建到Docker映像中的命令。 构建后，将映像上传到容器注册表，例如Docker Hub或Container Registry 。


该示例已经具有用于服务器和loadgen的Dockerfile ，以及用于组装映像的所有必需命令。 以下是服务器的Dockerfile ：


 FROM python:3-slim as base FROM base as builder RUN apt-get -qq update \ && apt-get install -y --no-install-recommends \ g++ \ && rm -rf /var/lib/apt/lists/* # Enable unbuffered logging FROM base as final ENV PYTHONUNBUFFERED=1 RUN apt-get -qq update \ && apt-get install -y --no-install-recommends \ wget WORKDIR /helloserver # Grab packages from builder COPY --from=builder /usr/local/lib/python3.7/ /usr/local/lib/python3.7/ # Add the application COPY . . EXPOSE 8080 ENTRYPOINT [ "python", "server.py" ]

  • FROM python：3-slim as base命令可以告诉Docker使用最新的Python 3映像作为基础。
  • COPY团队。 。 将源文件复制到容器文件系统中的当前工作目录（在本示例中，仅是server.py ）。
  • ENTRYPOINT定义用于启动容器的命令。 在我们的例子中，此命令与用于从源代码运行server.py的命令几乎相同。
  • EXPOSE命令指示服务器正在侦听端口8080 。 该命令不提供端口 。 这是在容器启动时打开端口8080所需的某种文档。

准备应用程序容器化


1）设置以下环境变量。 用您的GCP项目标识符替换PROJECT_ID 。


 export PROJECT_ID="PROJECT_ID" 

 export GCR_REPO="preparing-istio"

使用PROJECT_ID和GCR_REPO值，您可以在收集Docker映像并将其发送到私有Container Registry时对其进行标记。


2）为gcloud命令行工具设置默认的GCP项目。


 gcloud config set project $PROJECT_ID

3）设置gcloud命令行工具的默认区域。


 gcloud config set compute/zone us-central1-b

4）确保GCP项目中包含Container Registry服务。


 gcloud services enable containerregistry.googleapis.com

集装箱化服务器


  1. 切换到服务器示例所在的目录：


     cd YOUR_WORKING_DIRECTORY/istio-samples/sample-apps/helloserver/server/

  2. 使用先前定义的Dockerfile和环境变量构建映像：


     docker build -t gcr.io/$PROJECT_ID/$GCR_REPO/helloserver:v0.0.1 .


-t选项代表Docker标签。 这是您在部署容器时使用的映像的名称。


  1. 将图像发送到容器注册表：
     docker push gcr.io/$PROJECT_ID/$GCR_REPO/helloserver:v0.0.1

集装箱装载机


1）转到loadgen示例所在的目录：


 cd ../loadgen

2）组装图片：


 docker build -t gcr.io/$PROJECT_ID/$GCR_REPO/loadgen:v0.0.1 .

3）将图片发送到Container Registry：


 docker push gcr.io/$PROJECT_ID/$GCR_REPO/loadgen:v0.0.1

查看图像列表


浏览存储库中的图像列表，并确保已发送图像：


 gcloud container images list --repository gcr.io/$PROJECT_ID/preparing-istio

该命令显示刚发送的图像的名称：


 NAME gcr.io/PROJECT_ID/preparing-istio/helloserver gcr.io/PROJECT_ID/preparing-istio/loadgen

创建一个GKE集群


可以使用docker run命令在Cloud Shell虚拟机或计算机上运行这些容器。 但是在生产环境中，您需要一种对容器进行集中编排的方法。 例如，我们需要一个确保容器始终运行的系统，并且需要一种方法来在流量增加时放大并启动其他容器实例。


您可以使用GKE运行容器应用程序。 GKE是对虚拟机进行集群的容器编排平台。 每个虚拟机称为主机。 GKE集群基于开源集群管理系统Kubernetes。 Kubernetes提供了与集群交互的机制。


创建一个GKE集群：


1）创建一个集群：


 gcloud container clusters create istioready \ --cluster-version latest \ --machine-type=n1-standard-2 \ --num-nodes 4

gcloud命令在GCP项目和您指定的默认区域中创建一个istioready群集。 要启动Istio，建议您至少有4个节点和一台n1-standard-2虚拟机。


该团队将创建一个集群几分钟。 集群就绪后，该命令将发出类似的消息 。


2）在kubectl命令行工具中指定凭据以使用它来管理集群：


 gcloud container clusters get-credentials istioready

3）现在您可以通过kubectl与Kubernetes进行通信了。 例如，使用以下命令，您可以找到节点的状态：


 kubectl get nodes

该命令显示节点列表：


 NAME STATUS ROLES AGE VERSION gke-istoready-default-pool-dbeb23dc-1vg0 Ready <none> 99s v1.13.6-gke.13 gke-istoready-default-pool-dbeb23dc-36z5 Ready <none> 100s v1.13.6-gke.13 gke-istoready-default-pool-dbeb23dc-fj7s Ready <none> 99s v1.13.6-gke.13 gke-istoready-default-pool-dbeb23dc-wbjw Ready <none> 99s v1.13.6-gke.13

Kubernetes的关键概念


该图显示了GKE上的应用程序：



在将容器部署到GKE之前，请查看Kubernetes的关键概念。 如果您想了解更多信息，请在最后找到链接。


  • 节点和集群 。 在GKE中，节点是虚拟机。 在其他Kubernetes平台上，主机可以是计算机或虚拟机。 群集是节点的集合，可以将它们视为一个整体，并在其中部署容器化的应用程序。
  • 豆荚 。 在Kubernetes中，容器在pod中运行。 Kubernetes中的Pod是不可分割的单元。 吊舱可容纳一个或多个容器。 您将服务器容器和loadgen容器部署在单独的容器中。 当Pod中有多个容器时（例如，应用程序服务器和代理服务器 ），这些容器将作为单个对象进行管理并共享Pod的资源。
  • 部署 。 在Kubernetes中，部署是一个对象，该对象是相同pod的集合。 部署运行分布在集群节点上的多个Pod副本。 部署会自动替换失败或不响应的Pod。
  • Kubernetes服务 。 在GKE中运行应用程序代码时， loadgen和服务器之间的连接会更改。 在Cloud Shell虚拟机或计算机上启动服务时，您向localhost：8080的服务器发送了请求。 部署到GKE后，pod将在可用节点上运行。 默认情况下，您无法控制正在运行的主机Pod，因此Pod没有永久IP地址。
    要获取服务器的IP地址，您需要在Pod顶部定义网络抽象。 这就是Kubernetes服务 。 Kubernetes服务为一组Pod提供了一个永久端点。 有几种类型的服务 。 服务器使用LoadBalancer ，该负载提供一个外部IP地址以从群集外部与服务器联系。
    Kubernetes还具有一个集成的DNS系统，该系统为服务分配DNS名称（例如helloserver.default.cluster.local ）。 因此，群集中的Pod与群集中其他Pod在固定地址进行通信。 无法在群集外部（例如在Cloud Shell或计算机上）使用DNS名称。

Kubernetes清单


从源代码启动应用程序时，您使用了命令式python3命令


server.py


命令式隐含了动词：“做”。


Kubernetes使用声明性模型 。 这意味着我们不会告诉Kubernetes到底需要做什么，而是要描述所需的状态。 例如，Kubernetes会根据需要启动和停止Pod，因此系统的实际状态是所需的。


您可以在清单或YAML文件中指定所需的状态。 YAML文件包含一个或多个Kubernetes对象的规范。


该示例包含用于server和loadgen的YAML文件。 每个YAML文件都指示部署对象和Kubernetes服务的所需状态。


server.yaml


 apiVersion: apps/v1 kind: Deployment metadata: name: helloserver spec: selector: matchLabels: app: helloserver replicas: 1 template: metadata: labels: app: helloserver spec: terminationGracePeriodSeconds: 5 restartPolicy: Always containers: - name: main image: gcr.io/google-samples/istio/helloserver:v0.0.1 imagePullPolicy: Always

  • kind指示对象的类型。
  • metadata.name指示部署的名称。
  • 第一字段规范包含对所需状态的描述。
  • spec.replicas指示所需的豆荚数量。
  • spec.template部分定义了pod模板。 在pod规范中，有一个image字段，其中指示要从Container Registry中提取的图像的名称。

服务定义如下：


 apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: hellosvc spec: type: LoadBalancer selector: app: helloserver ports: - name: http port: 80 targetPort: 8080

  • LoadBalancer ：客户端将请求发送到负载平衡器的IP地址，该地址具有固定的IP地址，并且可以从群集外部访问。
  • targetPort ：您还记得， Dockerfile中的EXPOSE 8080命令没有提供端口。 您提供端口8080，以便可以从群集外部访问服务器容器。 在我们的例子中， hellosvc.default.cluster.local：80 （短名称： hellosvc ）对应于helloserver容器IP地址的端口8080 。
  • port ：这是集群中其他服务将发送请求的端口号。

loadgen.yaml


loadgen.yaml中的部署对象类似于server.yaml 。 区别在于部署对象包含一个env部分。 它定义了loadgen所需的环境变量以及您从源代码启动应用程序时设置的环境变量。


 apiVersion: apps/v1 kind: Deployment metadata: name: loadgenerator spec: selector: matchLabels: app: loadgenerator replicas: 1 template: metadata: labels: app: loadgenerator spec: terminationGracePeriodSeconds: 5 restartPolicy: Always containers: - name: main image: gcr.io/google-samples/istio/loadgen:v0.0.1 imagePullPolicy: Always env: - name: SERVER_ADDR value: "http://hellosvc:80/" - name: REQUESTS_PER_SECOND value: "10" resources: requests: cpu: 300m memory: 256Mi limits: cpu: 500m memory: 512Mi

由于loadgen不接受传入请求， 因此为type字段指定了ClusterIP 。 此类型提供了群集中的服务可以使用的固定IP地址，但是未向外部客户端提供此IP地址。


 apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: loadgensvc spec: type: ClusterIP selector: app: loadgenerator ports: - name: http port: 80 targetPort: 8080

在GKE中部署容器


1）转到服务器示例所在的目录：


 cd YOUR_WORKING_DIRECTORY/istio-samples/sample-apps/helloserver/server/

2）在文本编辑器中打开server.yaml 。
3）将image字段中的名称替换为Docker映像的名称。


 image: gcr.io/PROJECT_ID/preparing-istio/helloserver:v0.0.1

将PROJECT_ID替换为GCP项目的标识符。
4）保存并关闭server.yaml 。
5）在Kubernetes中展开YAML文件：


 kubectl apply -f server.yaml

成功完成后，该命令将发出以下代码：


 deployment.apps/helloserver created service/hellosvc created

6）转到loadgen所在的目录：


 cd ../loadgen

7）在文本编辑器中打开loadgen.yaml 。
8）将image字段中的名称替换为Docker映像的名称。


 image: gcr.io/PROJECT_ID/preparing-istio/loadgenv0.0.1

将PROJECT_ID替换为GCP项目的标识符。
9）保存并关闭loadgen.yaml ，关闭文本编辑器。
10）在Kubernetes中展开YAML文件：


 kubectl apply -f loadgen.yaml

成功完成后，该命令将发出以下代码：


 deployment.apps/loadgenerator created service/loadgensvc created

11）检查炉膛状态：


 kubectl get pods

该命令显示状态：


 NAME READY STATUS RESTARTS AGE helloserver-69b9576d96-mwtcj 1/1 Running 0 58s loadgenerator-774dbc46fb-gpbrz 1/1 Running 0 57s

12）从loadgen pod中提取应用程序日志。 用上一个答案中的标识符替换POD_ID 。


 kubectl logs loadgenerator-POD_ID

13）获取外部hellosvc IP ：


 kubectl get service

命令响应如下所示：


 NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE hellosvc LoadBalancer 10.81.15.158 192.0.2.1 80:31127/TCP 33m kubernetes ClusterIP 10.81.0.1 <none> 443/TCP 93m loadgensvc ClusterIP 10.81.15.155 <none> 80/TCP 4m52s

14）向hellosvc发送请求：将EXTERNAL_IP替换为hellosvc的外部IP地址。


 curl http://EXTERNAL_IP

抢劫伊斯蒂奥


您已经有一个应用程序部署到GKE。 loadgen可以使用Kubernetes DNS（ hellosvc：80 ）将请求发送到服务器 ，并且您可以使用外部IP地址将请求发送到服务器 。 尽管Kubernetes具有许多功能，但是缺少有关服务的一些信息：


  • 服务如何相互作用？ 服务之间是什么关系？ 服务之间的流量如何？ 您知道loadgen将请求发送到服务器 ，但可以想象您对应用程序一无所知。 为了回答这些问题，我们查看了GKE中运行的炉床清单。
  • 指标 。 服务器对传入请求的响应时间为多长时间？ 每秒有多少个请求发送到服务器？ 它会给出错误消息吗？
  • 安全信息 。 loadgen和服务器之间的通信是否仅通过HTTP或mTLS进行 ？

Istio回答了所有这些问题。 为此，Istio在每个吊舱中放置一个Envoy边车代理。 Envoy代理拦截到应用程序容器的所有传入和传出流量。 这意味着服务器和loadgen接收Envoy sidecar代理，并且从loadgen到服务器的所有流量都通过Envoy代理。


Envoy代理之间的连接形成服务网格。 服务网格体系结构提供了对Kubernetes的控制层。



一旦Envoy代理在其容器中执行，就可以在几乎不更改应用程序代码的情况下将Istio安装在GKE群集的顶部。 但是您做了一些工作来准备使用Istio进行管理的应用程序：


  • 所有容器的服务。 服务器和loadgen部署由Kubernetes服务链接。 甚至不接收传入请求的loadgen都有服务。
  • 服务中的端口必须具有名称。 尽管可以在GKE中保留服务端口的名称 ，但Istio仍需要根据其协议指定端口名称 。 在YAML文件中， 服务器的端口称为http，因为服务器使用HTTP协议 。 如果服务使用gRPC ，则将端口命名为grpc 。
  • 部署已标记。 因此，您可以使用Istio的流量管理功能，例如，在同一服务的各个版本之间共享流量。

安装Istio


有两种安装Istio的方法。 您可以在GKE扩展上启用Istio或在群集上 安装Istio的开源版本 。 使用GKE上的Istio，您可以在GKE集群生命周期中轻松管理Istio的安装和升级。 如果您需要最新版本的Istio或对Istio控制面板的配置进行更多控制，请安装开源版本，而不是GKE扩展上的Istio。 要决定采用哪种方法，请阅读GKE上的文章Istio吗？ 。


选择一个选项，研究适当的手册，然后按照说明在群集上安装Istio。 如果要在新部署的应用程序中使用Istio，请为默认名称空间启用sidecar嵌入 。


清洁用品


为确保本指南中使用的资源不会从您的Google Cloud Platform帐户中扣除，请在安装Istio并使用示例应用程序时删除容器群集。 这将删除所有群集资源，例如计算实例，磁盘和网络资源。


接下来是什么？


Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN469515/

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