Istio核心组件介绍
01 架构
我们先简单回顾下Istio的架构，Istio架构图如下：
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Istio架构，来自Istio官网-Architecture
Istio从逻辑上分数据平面和控制平面两部分。
数据平面由Envoy代理组成，与控制面进行交互，根据动态更新的配置对代理的微服务进出流量进行拦截处理，另外生成遥测数据，为微服务提供可观测能力。
控制平面主要指Istiod组件，负责管理及配置数据平面sidecar代理，Istiod由三个子组件（ Pilot、Citadel、Galley ）组成。其中Pilot组件负责提供服务发现、智能路由（如金丝雀发布）和弹性功能（如超时、重试）；Citadel负责安全，管理密钥和证书；Galley负责对配置的验证和处理等功能。
02 原理
我们在了解了Istio架构后，再顺着Istio对微服务进行流量管理的关键步骤，了解下Istio的大概原理和组件作用。
1. 注入sidecar
在K8s环境中，kube-apiserver会拦截微服务pod的创建请求，生成sidecar容器的描述并插入到微服务pod的定义中，在微服务pod中除了创建微服务容器，还注入了sidecar容器，使pod成为包括多容器的容器组。
如下图所示，微服务foo的pod注入sidecar后，包括两个容器：微服务容器foo及sidecar容器istio-proxy。
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istio-proxy即运行Envoy进程的代理容器。
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2. 流量拦截
在pod初始化过程中，Istio为pod设置了iptables规则，当请求微服务的流量到达pod时，配置的iptables规则拦截微服务的入口和出口流量到sidecar容器中。
3. 服务发现
当服务网格中的微服务存在调用和被调用的关系时，如服务A调用服务B，A的sidecar代理需要调用Istio控制面Pilot组件的服务发现接口，获得服务B的实例列表，才能将拦截的出口流量转到正确的目的地址。
4. 流量治理
sidecar容器在拦截了微服务的入口和出口流量后，按照从控制面Pilot组件获得的流量管理相关配置对流量进行处理，实现流量治理功能。
5. 安全访问
在云化部署环境中，微服务之间安全通信非常重要，数据面Envoy代理向控制面Pilot发起安全相关请求，获得安全相关配置后自动加载证书和密钥，实现Envoy代理组件通信的双向认证。Envoy代理的证书和密钥是由控制面Citadel维护的。
通过以上介绍，我们大概了解了核心组件的作用，接下来我们分数据面和控制面对组件再做进一步详细介绍。
03 数据面
Envoy概述
Istio的数据面由Envoy代理组成，Envoy是Istio数据面的核心部分，Istio数据面的绝大部分功能是由Envoy提供的。
Envoy本身是一款采用C++开发，面向云原生的可以独立运行的高性能服务代理，由Lyft开源，后来贡献给了CNCF。Envoy可以简单类比为Nginx，它们都是服务代理组件，但Envoy相比Nginx，除了拥有更高的性能，还拥有更多的特性，包括高级的服务治理功能（重试、断路器、全局限流、流量镜像等）、能够动态管理配置的API、深度的可观测能力。正是由于这些特性，Envoy成为云原生领域服务代理领域明星组件。
Envoy和Istio并不是强绑定关系。一方面Envoy并不局限于Istio，除了在Istio数据面中应用，以Envoy为基础的项目还有很多，比如K8s的Ingress Controller：Ambassador、Contour、EnRoute及Gloo等都是基于Envoy的Ingress控制器。另一方面Istio也不局限于Envoy，Envoy是Istio数据面的默认选择，但不是唯一选择。Istio数据面还可以选如蚂蚁集团开源的MOSN，Nginx提供的nginmesh。
组件详解
Istio中服务pod的内部组成，可以参见下图：
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pod在创建过程中，实际会创建3个容器，istio-init容器、istio-proxy代理容器和微服务容器。istio-init容器是一种Init 容器，在istio-proxy容器和微服务容器启动前运行，进行一些初始化操作后退出，所以在pod创建成功后，只能看到istio-proxy容器和微服务容器。
istio-proxy容器中运行着两个进程：pilot-agent和envoy，后面我们详细介绍。
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istio-init容器
istio-init容器作为初始化容器，主要用于设置iptables规则，让微服务入口出口流量都转由sidecar容器处理，在完成iptables规则设置后退出。
我们通过kubectl describe命令看到istio-init容器的相关信息：
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istio-proxy容器
容器中运行着两个进程：pilot-agent和envoy。pilot-agent是istio-proxy容器的1号进程，负责启动envoy进程，启动后的envoy进程进行服务间通信及服务管理。
pilot-agent
pilot-agent是istio-proxy的入口进程，负责envoy进程的生命周期管理。pilot-agent会生成启动envoy进程需要加载的静态配置文件，启动envoy进程，监控和管理envoy进程的状态，如envoy出错时重启envoy，或envoy配置变更后reload envoy。
pilot-agent进程如下：
/usr/local/bin/pilot-agent proxy sidecar --domain foo.svc.cluster.local --proxyLogLevel=warning --proxyComponentLogLevel=misc:error --log_output_level=default:info --concurrency 2
我们可以通过查看istio-proxy容器的Dockerfile，看到pilot-agent确实是istio-proxy的入口进程。
# The pilot-agent will bootstrap Envoy.
ENTRYPOINT ["/usr/local/bin/pilot-agent"]
通过kubectl describe命令看到istio-proxy容器的相关信息，看到容器启动参数，包括proxy类型为sidecar、域名、日志等级等。
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Envoy
istio-proxy容器中Envoy进程如下：
/usr/local/bin/envoy -c etc/istio/proxy/envoy-rev0.json --restart-epoch 0 --drain-time-s 45 --drain-strategy immediate --parent-shutdown-time-s 60 --local-address-ip-version v4 --file-flush-interval-msec 1000 --disable-hot-restart --log-format %Y-%m-%dT%T.%fZ.%l.envoy %n.%v -l warning --component-log-level misc:error --concurrency 2
Envoy启动时读取pilot-agent提供的静态配置文件：etc/istio/proxy/envoy-rev0.json，获得控制面Pilot地址，通过访问Pilot提供的接口，获取动态配置信息（如Cluster信息、Endpoint信息、Route信息等），根据配置信息进行服务间通信及服务管理。
04 控制面
控制面Istiod包括Pilot、Citadel、Galley 三个子组件组成。
Pilot是Istio控制面最核心的组件，下面我们详细介绍。
Gally是负责配置管理的组件，从底层平台获取配置，验证配置信息的格式和内容的正确性，并将这些配置信息提供给Pilot使用。
Citadel 是与安全相关的组件，主要负责密钥和证书的管理，可以实现强大的授权和认证等功能。
Pilot
Pilot是控制面最重要的组件，提供服务发现、流量路由及服务治理（超时，重试，熔断等）功能，架构图如下：
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Pilot架构，来自Istio官网-流量管理
- 服务发现：Pilot通过插件的形式对接多种服务注册平台（K8s、Mesos、CloudFoundry及Consul等），通过平台适配器（Platform Adapter）将服务注册平台的服务数据填充为标准服务模型（Abstract Model），例如Pilot通过K8s适配器，将K8s中的Service及Pod实例等服务信息，转换为标准模型供Pilot使用。Pilot在得到统一的服务信息后，将服务信息通过Envoy API下发到数据面Envoy代理，实现服务发现功能。不过虽然Pilot提供了集成不同服务注册平台的机制，但支持程度不同，建议使用默认的K8s Service服务注册机制，另外Istio原生支持Consul，但非默认方式，需要在Pilot启动命令中指定参数，并且存在一些坑，其他的服务注册平台更不推荐。
- 流量路由、服务治理：Pilot可以将各种流量管理规则（Gateway、VirtualService、DestinationRule等）转换为数据面Envoy可以识别的格式，通过Envoy API下发给Envoy，Envoy在得到这些规则后，按照规则进行流量转发及安全认证。
05 总结
本文从Istio架构出发，顺着Istio流量管理的关键步骤，对Isito的原理及核心组件做了一些介绍。在了解了这些基础理论后，我们后续文章会逐渐加入实践环节，欢迎大家继续关注，我们一起浅析Istio，使用Istio。
