Istio從懵圈到熟練：二分之一活的微服務

問題是這樣的，使用者在自己的測試叢集裡安裝了 Istio，並依照官方文件部署 bookinfo 應用來上手 Istio。部署之後，使用者執行 kubectl get pods 命令，發現所有的 Pod 都只有二分之一個容器是 READY 的。

# kubectl get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
details-v1-68868454f5-94hzd 1/2 Running 0 1m
productpage-v1-5cb458d74f-28nlz 1/2 Running 0 1m
ratings-v1-76f4c9765f-gjjsc 1/2 Running 0 1m
reviews-v1-56f6855586-dplsf 1/2 Running 0 1m
reviews-v2-65c9df47f8-zdgbw 1/2 Running 0 1m
reviews-v3-6cf47594fd-cvrtf 1/2 Running 0 1m

如果從來都沒有注意過 READY 這一列的話，我們大概會有兩個疑惑：2 在這裡是什麼意思，以及 1/2 到底意味著什麼。

簡單來講，這裡的 READY 列，給出的是每個 Pod 內部容器的 Readiness，即就緒狀態。每個叢集節點上的 kubelet 會根據容器本身 Readiness 規則的定義，分別是 tcp、http 或 exec 的方式，來確認對應容器的 Readiness 情況。

更具體一點，kubelet 作為執行在每個節點上的程式，以 tcp/http 的方式（節點網路名稱空間到 Pod 網路名稱空間）訪問容器定義的介面，或者在容器的 namespace 裡執行 exec 定義的命令，來確定容器是否就緒。

這裡的 2 說明這些 Pod 裡都有兩個容器，1/2 則表示，每個 Pod 裡只有一個容器是就緒的，即通過 Readiness 測試的。關於 2 這一點，我們下一節會深入講，這裡我們先看一下，為什麼所有的 Pod 裡，都有一個容器沒有就緒。

使用 kubectl 工具拉取第一個 details pod 的編排模板，可以看到這個 Pod 裡兩個容器，只有一個定義了 readiness probe。對於未定義 readiness probe 的容器， kubelet 認為，只要容器裡的程式開始執行，容器就進入就緒狀態了。所以 1/2 個就緒 Pod，意味著，有定義 readiness probe 的容器，沒有通過 kubelet 的測試。

沒有通過 readiness probe 測試的是 istio-proxy 這個容器。它的 readiness probe 規則定義如下：

readinessProbe:
  failureThreshold: 30
  httpGet:
    path: /healthz/ready
    port: 15020
    scheme: HTTP
  initialDelaySeconds: 1
  periodSeconds: 2
  successThreshold: 1
  timeoutSeconds: 1

我們登入這個 Pod 所在的節點，用 curl 工具來模擬 kubelet 訪問下邊的 uri，測試 istio-proxy 的就緒狀態。

# curl http://172.16.3.43:15020/healthz/ready -v
* About to connect() to 172.16.3.43 port 15020 (#0)
*   Trying 172.16.3.43...
* Connected to 172.16.3.43 (172.16.3.43) port 15020 (#0)
> GET /healthz/ready HTTP/1.1
> User-Agent: curl/7.29.0
> Host: 172.16.3.43:15020
> Accept: */*> 
< HTTP/1.1 503 Service Unavailable< Date: Fri, 30 Aug 2019 16:43:50 GMT
< Content-Length: 0
< * 
Connection #0 to host 172.16.3.43 left intact

上一節我們描述了問題現象，但是留下一個問題，就是 Pod 裡的容器個數為什麼是 2。雖然每個 Pod 本質上至少有兩個容器：一個是佔位符容器 pause，另一個是真正的工作容器，但是我們在使用 kubectl 命令獲取 Pod 列表的時候，READY 列是不包括 pause 容器的。

這裡的另外一個容器，其實就是服務網格的核心概念 sidercar。其實把這個容器叫做 sidecar，某種意義上是不能反映這個容器的本質的。Sidecar 容器本質上是反向代理，它本來是一個 Pod 訪問其他服務後端 Pod 的負載均衡。

然而，當我們為叢集中的每一個 Pod，都“隨身”攜帶一個反向代理的時候，Pod 和反向代理就變成了服務網格。正如下邊這張經典大圖所示。這張圖實在有點難畫，所以只能借用，繞不過去。

所以 sidecar 模式，其實是“自帶通訊員”模式。這裡比較有趣的是，在我們把 sidecar 和 Pod 繫結在一塊的時候，sidecar 在出流量轉發時扮演著反向代理的角色，而在入流量接收的時候，可以做超過反向代理職責的一些事情。這點我們會在其他文章裡討論。

Istio 在 Kubernetes 基礎上實現了服務網格，Isito 使用的 sidecar 容器就是第一節提到的，沒有就緒的容器。所以這個問題，其實就是服務網格內部，所有的 sidecar 容器都沒有就緒。

上一節我們看到，Istio 中的每個 Pod，都自帶了反向代理 sidecar。我們遇到的問題是，所有的 sidecar 都沒有就緒。我們也看到 readiness probe 定義的，判斷 sidecar 容器就緒的方式就是訪問下邊這個介面：

http://<pod ip>:15020/healthz/ready

接下來，我們深入看下 Pod，以及其 sidecar 的組成及原理。在服務網格里，一個 Pod 內部除了本身處理業務的容器之外，還有 istio-proxy 這個 sidecar 容器。正常情況下，istio-proxy 會啟動兩個程式：pilot-agent 和 Envoy。

如下圖，Envoy 是實際上負責流量管理等功能的代理，從業務容器出、入的資料流，都必須要經過 Envoy；而 pilot-agent 負責維護 Envoy 的靜態配置，以及管理 Envoy 的生命週期。這裡的動態配置部分，我們在下一節會展開來講。

我們可以使用下邊的命令進入 Pod 的 istio-proxy 容器做進一步排查。這裡的一個小技巧，是我們可以以使用者 1337，使用特權模式進入 istio-proxy 容器，如此就可以使用 iptables 等只能在特權模式下執行的命令。

docker exec -ti -u 1337 --privileged <istio-proxy container id> bash

這裡的 1337 使用者，其實是 sidecar 映象裡定義的一個同名使用者 istio-proxy，預設 sidecar 容器使用這個使用者。如果我們在以上命令中，不使用使用者選項 u，則特權模式實際上是賦予 root 使用者的，所以我們在進入容器之後，需切換到 root 使用者執行特權命令。

進入容器之後，我們使用 netstat 命令檢視監聽，我們會發現，監聽 readiness probe 埠 15020 的，其實是 pilot-agent 程式。

istio-proxy@details-v1-68868454f5-94hzd:/$ netstat -lnpt
Active Internet connections (only servers)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State       PID/Program name
tcp        0      0 0.0.0.0:15090           0.0.0.0:*               LISTEN      19/envoy
tcp        0      0 127.0.0.1:15000         0.0.0.0:*               LISTEN      19/envoy
tcp        0      0 0.0.0.0:9080            0.0.0.0:*               LISTEN      -
tcp6       0      0 :::15020                :::*                    LISTEN      1/pilot-agent

我們在istio-proxy內部訪問readiness probe介面，一樣會得到503的錯誤。

瞭解了 sidecar 的代理，以及管理代理生命週期的 pilot-agent 程式，我們可以稍微思考一下 pilot-agent 應該怎麼去實現 healthz/ready 這個介面。顯然，如果這個介面返回 OK 的話，那不僅意味著 pilot-agent 是就緒的，而必須確保代理是工作的。

實際上 pilot-agent 就緒檢查介面的實現正是如此。這個介面在收到請求之後，會去呼叫代理 Envoy 的 server_info 介面。呼叫所使用的 IP 是 Localhost。這個非常好理解，因為這是同一個 Pod 內部程式通訊。使用的埠是 Envoy 的 proxyAdminPort，即 15000。

有了以上的知識準備之後，我們來看下 istio-proxy 這個容器的日誌。實際上，在容器日誌裡，一直在重複輸出一個報錯，這句報錯分為兩部分，其中 Envoy proxy is NOT ready 這部分是 pilot agent 在響應 healthz/ready 介面的時候輸出的資訊，即 Envoy 代理沒有就緒；而剩下的 config not received from Pilot (is Pilot running?): cds updates: 0 successful, 0 rejected; lds updates: 0 successful, 0 rejected 這部分，是 pilot-agent 通過 proxyAdminPort 訪問 server_info 的時候帶回的資訊，看起來是 Envoy 沒有辦法從 Pilot 獲取配置。

Envoy proxy is NOT ready: config not received from Pilot (is Pilot running?): cds updates: 0 successful, 0 rejected; lds updates: 0 successful, 0 rejected.

到這裡，建議大家回退看下上一節的插圖，在上一節我們選擇性的忽略是 Pilot 到 Envoy 這條虛線，即動態配置。這裡的報錯，實際上是 Envoy 從控制面 Pilot 獲取動態配置失敗。

目前為止，這個問題其實已經很清楚了。在進一步分析問題之前，我聊一下我對控制面和資料面的理解。控制面資料面模式，可以說無處不在。我們這裡舉兩個極端的例子。

第一個例子，是 DHCP 伺服器。我們都知道，在區域網中的電腦，可以通過配置 DHCP 來獲取 IP 地址，這個例子中，DHCP 伺服器統一管理，動態分配 IP 地址給網路中的電腦，這裡的 DHCP 伺服器就是控制面，而每個動態獲取 IP 的電腦就是資料面。

第二個例子，是電影劇本，和電影的演出。劇本可以認為是控制面，而電影的演出，包括演員的每一句對白，電影場景佈置等，都可以看做是資料面。

我之所以認為這是兩個極端，是因為在第一個例子中，控制面僅僅影響了電腦的一個屬性，而第二個例子，控制面幾乎是資料面的一個完整的抽象和拷貝，影響資料面的方方面面。Istio 服務網格的控制面是比較靠近第二個例子的情況，如下圖：

Istio 的控制面 Pilot 使用 gRPC 協議對外暴露介面 istio-pilot.istio-system:15010，而 Envoy 無法從 Pilot 處獲取動態配置的原因，是在所有的 Pod 中，叢集 DNS 都無法使用。

這個問題的原因其實比較簡單，在 sidecar 容器 istio-proxy 裡，Envoy 不能訪問 Pilot 的原因是叢集 DNS 無法解析 istio-pilot.istio-system 這個服務名字。在容器裡看到 resolv.conf 配置的 DNS 伺服器是 172.19.0.10，這個是叢集預設的 kube-dns 服務地址。

istio-proxy@details-v1-68868454f5-94hzd:/$ cat /etc/resolv.conf
nameserver 172.19.0.10
search default.svc.cluster.local svc.cluster.local cluster.local localdomain

但是客戶刪除重建了 kube-dns 服務，且沒有指定服務 IP，這導致，實際上叢集 DNS 的地址改變了，這也是為什麼所有的 sidecar 都無法訪問 Pilot。

# kubectl get svc -n kube-system
NAME                      TYPE           CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP     PORT(S)                      AGE
kube-dns                  ClusterIP      172.19.9.54     <none>          53/UDP,53/TCP                5d

最後，通過修改 kube-dns 服務，指定 IP 地址，sidecar 恢復正常。

# kubectl get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
details-v1-68868454f5-94hzd 2/2 Running 0 6d
nginx-647d5bf6c5-gfvkm 2/2 Running 0 2d
nginx-647d5bf6c5-wvfpd 2/2 Running 0 2d
productpage-v1-5cb458d74f-28nlz 2/2 Running 0 6d
ratings-v1-76f4c9765f-gjjsc 2/2 Running 0 6d
reviews-v1-56f6855586-dplsf 2/2 Running 0 6d
reviews-v2-65c9df47f8-zdgbw 2/2 Running 0 6d
reviews-v3-6cf47594fd-cvrtf 2/2 Running 0 6d

這其實是一個比較簡單的問題，排查過程其實也就幾分鐘。但是寫這篇文章，有點感覺是在看長安十二時辰，短短几分鐘的排查過程，寫完整背後的原理，前因後果，卻花了幾個小時。這是 Istio 文章的第一篇，希望在大家排查問題的時候，有所幫助。