基于Istio的多网关运行时：配置、部署和应用

1. 引言

Istio是一个开源的服务网格，主要应用于简化微服务架构中的服务间通信、提供强大的监控能力以及加强服务的安全管理。通过利用Sidecar模式部署的Envoy代理，Istio能够在几乎无需修改服务代码的情况下，实现服务发现、负载均衡、加密通信、访问控制等功能。本文将就如何在 Kubernetes 集群环境下，在 istio-system之外的命名空间中配置、部署和应用用户自定义的网关运行时 Ingress Gateway进行探讨。

2. Istio 处理入站请求的流程

在 Kubernetes 集群环境中，默认配置下的 Istio 将会部署至 istio-system 命名空间下，通过向 pod 中自动注入代理容器，Istio 将 pod 纳入服务网格的管理之中，实现对服务间通信的统一管理和控制。在 istio-system 命名空间中，网关运行时负责处理所有流入服务网格的外部流量。网关运行时将根据 CRD 资源 Gateway 中的定义监听特定的域名与端口，并根据 Virtual Service 与 Destination Rule 将请求智能地路由到后端的 Kubernetes Service，并最终访问到对应的微服务。

3. 为什么需要部署多个网关运行时 Ingress Gateway？

为了保证关键应用的可访问性，用户可能希望将关键应用与一般业务应用进行隔离或单独配置。此外，在多租户的情景下，仅利用 Istio-system 命名空间下的默认 Istio 进行管理可能会引起网关运行时宕机，进而导致在访问各租户部署的应用时出现异常。

为避免上述可能出现的问题，用户可以在其他命名空间中，为每个租户或一组相关服务单独地部署一套网关运行时Ingress Gateway。这样做能够：

1. 有效隔离应用间的网络流量，减少相互影响，提高系统的稳定性和安全性；

2. 能够令用户根据自身需求定制化网络策略和配置，如不同的安全策略、路由规则等，而不受全局配置的限制；

3. 此外，在默认的 Ingress Gateway出现问题而下线时，应用其它命名空间部署的网关运行时可以减少默认 Ingress Gateway 下线对关键应用的影响，便于故障排查和恢复，同时减少对整体服务的影响。

4. 用户自定义网关运行时Ingress Gateway的配置与部署

Ingress Gateway 在 Kubernetes 其他命名空间中的部署依赖于五类 Kubernetes资源，它们默认位于 istio-system 命名空间下，其类型与默认名称如下所示：

1. Deployment: istio-ingressgateway;

2. Service: istio-ingressgateway;

3. ServiceAccount: istio-ingressgateway-service-account;

4. Role: istio-ingressgateway-sds;

5. RoleBinding: istio-ingressgateway-sds。

通过获取 istio-system 命名空间中的 Ingress Gateway 的上述五类资源的 YAML 文件，我们即可获得一个网关运行时的配置副本模板。之后，通过对上述资源 YAML 文件中的特定字段进行自定义，用户即可在自己拥有权限的命名空间中部署独立的 Ingress Gateway 管理应用流量。具体配置修改如下：

对于 Deployment，为了保证 Gateway 资源中的选择器 Selector 能够精准匹配到用户配置的 Ingress Gateway，需要对 Deployment 资源的 Label 进行单独配置，其中的 app 字段与 istio 字段可由用户自行定义，如 app: “user-defined”，istio: “user-ingressgateway” 等。之后，再在 Gateway 的 spec.selector 字段中配置上述 label。应保证 Gateway 资源 YAML 中 spec.selector 字段与用户自建的网关运行时的用户修改后的 Label 一致，否则会导致 Gateway 资源不能与用户自建的网关运行时关联。

为了防止 Istio 将用户命名空间中部署的 Ingress Gateway 作为普通应用纳入服务网格中管理，需要在其 Deployment 的 spec.template.annotations 字段中保证sidecar.istio.io/inject: "false" 字段的存在。

而在 Service 中，可以根据实际需求修改 Service 的类型为 NodePort 或 LoadBalancer。在改为 NodePort 时，需要保证 Service 中配置的五个端口值（status-port，http2，https，tcp，tls）均未被占用。

对于 ServiceAccount、Role与RoleBinding，在修改ServiceAccount与Role的资源名后需要在 RoleBinding 中对应地更新资源名称。

通过利用修改后的 YAML 在 Kubernetes 集群的特定命名空间中进行部署，即可实现用户自定义的 Ingress Gateway。在完成 Gateway 的配置之后，后续的 Virtual Service 与 Destination Rule 的配置则与在默认的网关运行时上进行配置的步骤相同。

5. 用户自定义网关运行时Ingress Gateway的应用

在完成上述配置之后，便实现了用户自建的网关运行时 Ingress Gateway – Gateway – Virtual Service 等资源的联动，用户能够根据 Gateway 的定义利用域名:端口访问 Kubernetes 集群中的资源。下图为一个简单样例，展示了在按照上述流程设置成功后，访问集群中某命名空间中的 nginx 的测试页面。其中，在 Gateway 和 VirtualService 中配置了 a.cn 的路由规则，并在 host 文件中对 a.cn 配置了对应的 IP 地址，端口号为用户自建的网关运行时的 Service 中的 http2 对应的 Nodeport 端口。