Service Mesh框架的對比：Linkerd vs. Istio

引言：

各個細分行業(yè)和領域的組織機構正在持續(xù)的加速采用微服務架構。隨之而來的是容器的使用以及端點和服務通信的爆炸式增長。企業(yè)內部的復雜性和不確定性正在不斷增加。如何在這樣的情況下實現(xiàn)對規(guī)模化通信安全性和可見性的管理頗具挑戰(zhàn)。因此，無論是運營者或者開發(fā)者都強烈渴望將網絡層的復雜性封裝為一個新的網絡基礎架構層。當此之時，處理此事的最流行的方式是服務網格（Service Mesh）。

因此，在本文中，我們將對比兩種主流的服務網絡的特性，以找出兩者的異同之處，即Linkerd和Istio。文中也會提及有關服務網格使用的爭論，探尋在某種特定的場景下，基于特定的用例和架構，何者比何者更具優(yōu)勢。

一、服務網格是什么？

服務網格是一個專有的基礎設施層，這一層級的存在可以使得微服務架構內部的服務間通信更加可靠、快捷和安全。其基本的理念是在服務間插入一個代理組成的網絡來實現(xiàn)對網絡層的抽象。一言以蔽之，服務網格的設計初衷就是幫助開發(fā)者解決微服務間的交互挑戰(zhàn)。

二、Istio是什么？

Istio是由Google、IBM和Lyft發(fā)起的開源的服務網格項目。該項目在2017年推出，并在2018年7月發(fā)布了1．0版本。Istio基于Envoy代理并以之為數(shù)據(jù)層（data plane）。可以說Istio是如今最炙手可熱的服務網格，但由于僅應用于Kubernetes，其應用價值受到某種限制。

三、Linkerd是什么？

Linkerd（音似chickadee），最初是由Buoyant團隊于2016年打造的一個服務網格項目。Linkerd是CNCF的官方項目，基于Twitter的Finagle項目并和后者一樣，最初是由Scala語言編寫，設計理念是支持基于主機（物理主機或者虛擬節(jié)點）的部署模式。由于最初版本的內存占用廣受詬病，導致了Conduit項目的開發(fā)，Conduit是一個輕量級的服務網格，為Kubernetes定制，用Rust和Go語言編寫。Conduit項目目前已經合并到Linkerd項目，并在2018年7月發(fā)布為Linkerd 2．0 版本。鑒于Linkerd 2．x 基于Kubernetes，而Linkerd 1．x 可以基于節(jié)點的模式部署，當面臨復雜環(huán)境的場景時，人們可以有更靈活的選擇。除非特指，本文的比較都是基于Linkerd 2．x。

四、特性和功能對比

架構

Istio和Linkerd都支持以主流的外掛（Sidecar）模式部署。在這種模式下，每個微服務都被分配一個單獨的代理。微服務間的通信并不直接進行，而是通過自身的代理轉發(fā)。代理會將請求路由到目標微服務的代理，該代理再將請求轉發(fā)到目標微服務。所有這些服務代理構成了數(shù)據(jù)層。在服務網格的架構下，數(shù)據(jù)層由控制層（control plane）來進行配置和監(jiān)控，控制層一般另行獨立部署。

架構圖示意：以Istio為例。Envoy代理以外掛形式部署。在這樣的部署模型中，代理將注入每個容器單元，因此可以獨立的配置。Istio控制層由很多的組件組成，用來對服務間通信進行配置、度量、控制和安全管控。

控制層

控制層的使命是通過一系列API和工具對服務網格內的代理實現(xiàn)控制。在控制層中，可以將整個數(shù)據(jù)層作為一個整體來指定認證策略，收集度量指標，進行配置。

Istio的控制層由三個組件構成。首先是Pilot，負責配置數(shù)據(jù)層。其次是Mixer，負責收集通信流量的度量指標，并響應數(shù)據(jù)層各種不同的查詢請求，包括授權、訪問控制和配額查詢等?；谒鶈⒂玫倪m配器的不同，Mixer也可與日志和監(jiān)控系統(tǒng)進行對接。最后是Citadel，這個組件允許開發(fā)者基于服務身份認證而非網絡控制建立一個零信任（零信任，zero－trust，簡單講，即假定所有通信方不可信賴并必須進行驗證）機制的網絡環(huán)境。Citadel負責為每個服務指定證書，如果有需要，也可以接受外部的證書授權密鑰。

白小白：

Linkerd的控制層由一個Web組件、一個控制組件和一個度量組件組成。Web組件提供了基于Web的管理控制面板。控制組件由多個容器部署組成。完成了控制層的多數(shù)功能（包括聚合遙測數(shù)據(jù)，提供用戶界面API，為數(shù)據(jù)層提供控制數(shù)據(jù)等）。度量組件由定制化的Prometheus和Grafana組成。Prometheus負責抓取Linkerd暴露的度量指標并儲存下來。Linkerd本身會生成很多外部面板，Grafana負責渲染和展現(xiàn)這些面板。

數(shù)據(jù)層

在一個典型的服務網格環(huán)境中，服務的部署過程將納入一個專有的外掛代理。如前文所述，服務并不直接向網絡傳遞消息，而是由本身的代理來進行通信。這樣的機制封裝了服務間通信的復雜性。服務網格內的代理之間相互連接，構成了數(shù)據(jù)層。

默認情況下，Istio使用Envoy作為數(shù)據(jù)層，Envoy原本是設計用來與其他類型的代理（比如Nginx）來進行工作的。Linkerd使用自有的代理。

平臺支持

盡管聲稱支持大量的環(huán)境和框架，但在實踐中，Istio僅能與kubernetes相處融洽，這嚴重限制了他的應用范疇。

Linkerd 2．x目前也需要與Kubernetes協(xié)同工作。然而Linkerd 1．x 部署廣泛，并處于活躍的研發(fā)狀態(tài)，可以在多種環(huán)境和框架下工作，包括與AWS ECS、DC／OS和Docker協(xié)同工作。能夠支持如此廣泛的環(huán)境，得益于Linkerd 1．x 可以基于主機的部署模式，這使得其可以與用戶的環(huán)境進行整合而無需以外掛的形式部署。

Linkerd 1．x 主機部署模式：linkerd服務網格可以基于主機部署。基于這樣的模式，同一主機的多個微服務共享一個Linkerd（1．x）實例。

主機部署模式的主要缺點在于單點代理的失敗將影響多個微服務。從另一方面講，主機部署模式相對于外掛模式對資源的消耗更低。

協(xié)議支持

基于外掛代理，Istio和Linkerd 2．x 都支持HTTP 1．1， HTTP2， gRPC和TCP協(xié)議的服務間通信。但Linkerd 1．x 不支持TCP連接。

實現(xiàn)語言

Istio的控制層和Linkerd 2．x 都是用Go語言編寫的，Istio數(shù)據(jù)層的Envoy代理是由C＋＋編寫的，Linkerd 2．x 的數(shù)據(jù)層是用Rust編寫的。Linkerd 1．x 是用Scala編寫的。

安全、加密和授權

Istio的控制層組件提供了如下的安全功能：Citadel：密鑰和證書管理。Pilot：認證策略和安全命名信息的分發(fā)。Mixer：授權和審計的管理。外掛：實現(xiàn)代理間基于TLS加密的安全通信。

本文成文時，Linkerd的自動化的TLS加密還處于實驗階段，主機間認證也還未獲支持。

外掛注入

將外掛加入到部署包并且在服務網格的控制層進行注冊的過程即為“外掛注入”。Istio和Linkerd都支持手動和自動的外掛注入。

高可用性

Istio支持高可性，當且僅當配置了Kubernetes的多副本模式，并且打開podAntiAffinity開關的情況下。

linkerd的高可用性目前仍處于實驗階段。

監(jiān)控和跟蹤

Istio原生支持Prometheus并且集成了Jaeger來進行分布式跟蹤。Linkerd支持Prometheus和Grafana從外部進行監(jiān)控，但目前并不支持分布式跟蹤。

性能

Linkerd 2．x 在性能上的常規(guī)開銷總體上比Istio要低一些。一項關于兩者的性能測試表明，基于一組由HTTP請求組成的測試負載，每秒的千次查詢數(shù)（kqps）基準值是30－35kqps，經由代理轉發(fā)后，性能會有所下降，Linkderd降到了10－12kqps，而Istio則降到了3．2－3．9kqps。

五、什么時候應該謹慎使用服務網格？

有五個主要的原因，可能阻止你考慮使用服務網格來管理微服務架構所帶來的潛在的網絡復雜性挑戰(zhàn)。

1、服務網格具有排他性

服務網格是一個平臺解決方案，因此是排他性的。這意味著你將被迫在“服從他們的方式”和“基于我自己的業(yè)務和技術考量選擇適合的方式”之間做出選擇。根據(jù)你所處的形勢，對服務網格的前期投資可能十分昂貴。

而且，如果說控制應用和服務間通信對你的組織來說具有戰(zhàn)略性的重要意義的話，那么使用一個現(xiàn)成的服務網格就沒有意義了。這樣或許可以受益于框架成長帶來的收益 ，但無法對你的目標實現(xiàn)控制。

2、服務網格具有復雜性

服務網格的部署將向你的架構引入相當可觀的復雜性。部署過程需要引入外掛代理，服務網格需要與現(xiàn)有的環(huán)境進行整合并在未來的時間里反復的配置，所有的加密可能需要重新設計?；贙ubernetes這樣的平臺建立服務網格的實例，會要求你不僅是服務網格的專家，并且是熟悉Kubernetes的專家。

3、服務網格可能運行緩慢

隨著網格的擴張和路由表的膨脹，通過一系列代理進行的路由通信將慢的痛苦異常。

4、服務網格傾向于建立自治的架構藍圖

使用服務網格來追蹤服務間的通信請求并不總是像最初那樣看起來有價值。比如，假設你的微服務環(huán)境與其他團隊的應用和服務相整合，在跨越不同的技術團隊和業(yè)務單元的邊界時，翻譯不同的追蹤記錄將十分挑戰(zhàn)，如果是企業(yè)級環(huán)境或者是云端供應商的情況下，這種挑戰(zhàn)將更加嚴峻。

5、服務網格著眼于開發(fā)者層面的考量

服務網格著眼于典型的開發(fā)者視角的服務間通信問題。對于規(guī)?；也淮_定的應用和服務而言，組件之間的交互會天然衍生一系列的復雜性，對這些新興行為的管控，服務網格無能為力。