Istio：基本概念
官方介绍：An open platform to connect, secure, control and observe services.
中间的四个动词就是 Istio 的主要功能，官方也各有一句话的说明。这里再阐释一下：
- 连接（Connect）：智能控制服务之间的调用流量，能够实现灰度升级、AB 测试和红黑部署等功能
- 安全加固（Secure）：自动为服务之间的调用提供认证、授权和加密。
- 控制（Control）：应用用户定义的 policy，保证资源在消费者中公平分配。
- 观察（Observe）：查看服务运行期间的各种数据，比如日志、监控和 tracing，了解服务的运行情况。
Service Mesh(服务网格)
术语服务网格用来描述组成这些应用程序的微服务网络以及它们之间的交互。
随着服务网格的规模和复杂性不断的增长，它将会变得越来越难以理解和管理。它的需求包括服务发现、负载均衡、故障恢复、度量和监控等。服务网格通常还有更复杂的运维需求，比如 A/B 测试、金丝雀发布、速率限制、访问控制和端到端认证。
服务网格可以看做是传统代理的升级版，用来解决现在微服务框架中出现的问题，可以把 Service Mesh 看做是分布式的微服务代理。
在传统模式下，代理一般是集中式的单独的服务器，所有的请求都要先通过代理，然后再流入转发到实际的后端。
而在服务网格中，代理变成了分布式的，它常驻在了应用的身边（最常见的就是 Kubernetes Sidecar 模式，每一个应用的 Pod 中都运行着一个代理，负责流量相关的事情）。
这样的话，应用所有的流量都被代理接管，那么这个代理就能做到上面提到的所有可能的事情，从而带来无限的想象力。
此外，原来的代理都是基于网络流量的，一般都是工作在 IP 或者 TCP 层，很少关心具体的应用逻辑。
但是服务网格中，代理会知道整个集群的所有应用信息，并且额外添加了热更新、注入服务发现、降级熔断、认证授权、超时重试、日志监控等功能，让这些通用的功能不必每个应用都自己实现，放在代理中即可。
换句话说，服务网格中的代理对微服务中的应用做了定制化的改进。
为什么使用 Istio？
通过负载均衡、服务间的身份验证、监控等方法，Istio 可以轻松地创建一个已经部署了服务的网络，而服务的代码只需很少更改甚至无需更改。通过在整个环境中部署一个特殊的 sidecar 代理为服务添加 Istio 的支持，而代理会拦截微服务之间的所有网络通信，然后使用其控制平面的功能来配置和管理 Istio，这包括：
- 为 HTTP、gRPC、WebSocket 和 TCP 流量自动负载均衡。
- 通过丰富的路由规则、重试、故障转移和故障注入对流量行为进行细粒度控制。
- 可插拔的策略层和配置 API，支持访问控制、速率限制和配额。
- 集群内（包括集群的入口和出口）所有流量的自动化度量、日志记录和追踪。
- 在具有强大的基于身份验证和授权的集群中实现安全的服务间通信。
Istio 为可扩展性而设计，可以满足不同的部署需求。
换种说法，Istio解决的是什么问题？
首先，原来的单个应用拆分成了许多分散的微服务，它们之间相互调用才能完成一个任务，而一旦某个过程出错（组件越多，出错的概率也就越大），就非常难以排查。
用户请求出现问题无外乎两个问题：错误和响应慢。如果请求错误，那么我们需要知道那个步骤出错了，这么多的微服务之间的调用怎么确定哪个有调用成功？哪个没有调用成功呢？
如果是请求响应太慢，我们就需要知道到底哪些地方比较慢？整个链路的调用各阶段耗时是多少？哪些调用是并发执行的，哪些是串行的？这些问题需要我们能非常清楚整个集群的调用以及流量情况。
此外，微服务拆分成这么多组件，如果单个组件出错的概率不变，那么整体有地方出错的概率就会增大。服务调用的时候如果没有错误处理机制，那么会导致非常多的问题。
比如如果应用没有配置超时参数，或者配置的超时参数不对，则会导致请求的调用链超时叠加，对于用户来说就是请求卡住了。
如果没有重试机制，那么因为各种原因导致的偶发故障也会导致直接返回错误给用户，造成不好的用户体验。
此外，如果某些节点异常（比如网络中断，或者负载很高），也会导致应用整体的响应时间变长，集群服务应该能自动避开这些节点上的应用。
最后，应用也是会出现 Bug 的，各种 Bug 会导致某些应用不可访问。这些问题需要每个应用能及时发现问题，并做好对应的处理措施。
应用数量的增多，对于日常的应用发布来说也是个难题。应用的发布需要非常谨慎，如果应用都是一次性升级的，出现错误会导致整个线上应用不可用，影响范围太大。
而且，很多情况我们需要同时存在不同的版本，使用 AB 测试验证哪个版本更好。
如果版本升级改动了 API，并且互相有依赖，那么我们还希望能自动地控制发布期间不同版本访问不同的地址。这些问题都需要智能的流量控制机制。
为了保证整个系统的安全性，每个应用都需要实现一套相似的认证、授权、HTTPS、限流等功能。
一方面大多数的程序员都对安全相关的功能并不擅长或者感兴趣，另外这些完全相似的内容每次都要实现一遍是非常冗余的。这个问题需要一个能自动管理安全相关内容的系统。
如何接入？
- 在测试环境搭建一套 Istio 的集群，理解所有的核心概念和组件；
- 考虑生产环境接入 Istio 的观察性功能，包括 Logging、Tracing、Metrics 数据；
- 为应用配置 Time Out 超时参数、自动重试、熔断和降级等功能，增加服务的容错性；
- 和 Ingress、Helm、应用上架等相关组件和流程对接，使用 Istio 接管应用的升级发布流程；
- 接入安全功能。配置应用的 TLS 互信，添加 RBAC 授权，设置应用的流量限制，提升整个集群的安全性。
架构
Istio的架构从逻辑上分成数据平面（Data Plane）和控制平面（Control Plane）。是否觉得似曾相识？没错，Kubernetes的架构也具有相似的结构，分为控制节点和计算节点。毫无疑问，这样的设计可以很好地解耦各个功能组件。
- 数据平面：由一组和业务服务成对出现的Sidecar代理（Envoy）构成，它的主要功能是接管服务的进出流量，传递并控制服务和Mixer组件的所有网络通信（Mixer是一个策略和遥测数据的收集器，稍后会介绍）。
- 控制平面：主要包括了Pilot、Mixer、Citadel和Galley共4个组件，主要功能是通过配置和管理Sidecar代理来进行流量控制，并配置Mixer去执行策略和收集遥测数据（Telemetry）。
从Istio的架构中可以看出，Istio追求尽可能的透明，通过各种解耦设计让系统对内对外都没有依赖。同时，它还提供了高度的扩展性。Istio认为随着应用的增长和服务的增多，扩展策略系统是最主要的需求，因此它被设计为以增量的方式进行扩展。可移植也是Istio在设计中充分考虑的因素，它被设计为支持多种平台，以便服务可以被方便地迁移到不同的云环境中。