服务网格 linkerd 服务网格与微服务比较_服务网格 linkerd

一、服务网格：微服务框架 2.0 时代

如果我们使用“微服务框架“作为关键字进行搜索时，它会关联到”服务治理”、“微服务框架 Spring Cloud“、”Dubbo“、”服务网格“等概念。虽然，它们都与微服务框架相关，但它们各有侧重，存在较大差异。让我们一一说来。

服务治理是 2006 年 IBM 提出，又称 SOA 治理。服务治理是指企业按照最佳实践、架构原则、政府法规、法律和其他决定因素，管理 SOA 的采用和执行的过程。限于当时的技术发展水平，大家对于 SOA 和服务治理的技术认知还主要停留在 Web Service 和 ESB 总线等技术和规范上，并没有真正在软件开发中得以充分落地。直到 2011 年 10 月， 阿里巴巴开源了自己的 SOA 服务治理方案的核心框架 Dubbo，服务治理和 SOA 的设计理念开始逐渐在国内软件行业中落地，并被广泛应用。随后，2012 年 3 月微服务一词最早被提出，同时，Netflix 发布了 Netflix OSS；2013 年 9 月 Spring Boot 发布；2016 年 Spring cloud 发布。通常把 Spring Cloud 和 Dubbo 称为微服务框架 1.0 时代。随后，2016 年 9 月 29 日 Linkerd 公司提出了 Service Mesh 概念，被翻译成“服务网格”。服务网格是微服务框架发展的重要方向。通常服务网格称为微服务框架 2.0 时代。

下面是常见的微服务框架服务网格、Dubbo 和 Spring Cloud 的比较。服务网格关注于服务间通信，Dubbo 是提供了 RPC 通信及 SOA 服务治理能力，Spring Cloud 是一整套微服务开发框架的工具集，其中包括 SOA 服务治理能力。

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**服务网格是一个用于处理服务间通信的基础设施层。**云原生应用有着复杂的服务拓扑，服务网格负责在这些拓扑中实现请求的可靠传递。在实践中，服务网格通常实现为一组轻量级网络代理，他们与应用程序部署在一起，而对应用程序透明。目前最流行的服务网格开源实现是 Istio。Istio 提供了一个完整的解决方案，以统一的方式去管理和监测微服务应用。同时，它还具有管理流量、实施访问策略、收集数据等方面的能力，这些能力对应用透明，几乎不需要修改业务代码就能实现。服务网格解决了两个重要的问题：一是将共性的技术治理部分剥离出来，彻底解耦应用与框架；二是解决了异构开发语言问题，不同开发语言开发的应用，统一被通信代理模块接管。

服务网格为应用层提供流量管理、安全和可观测性能力。下面是服务网格的主要功能特征：

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服务网格技术一出现，由于服务网格的特征，服务网格的必要性就引起大家的关注：

  • 服务网格将业务逻辑与架构支撑能力解耦，业务开发只关注于业务逻辑的开发。
  • 服务网格作为基础设施层，平台化具有通用性，可以降低成本，统一技术栈，沉淀技术资产。
  • 主流的服务网格开源项目 Istio 具有开放性和标准化性，企业可以快速获得社区技术红利。

随着服务网格在社区不断被提及，很多互联网大厂开始试水，并初步完成了应用落地。随后，各行业的企业也进行探索并逐渐开始尝试。随着服务网格技术的逐步稳定，2021 年 7 月，中国信息通信研究院主办的 2021 年可信云大会上，正式发布了《服务网格技术能力要求》标准。到 2022 年，服务网格技术已发展了 5 年，2022 年，当我们谈起服务网格，我们到底在讨论什么？服务网格技术演进、服务网格的实践落地又是怎样的？

二、技术演进：向下不断下沉，向上不断抽象

2021 年，Istio 社区如期每三个月推出一个版本：1.9，1.10，1.11，1.12。稳定的版本发布周期显示出 Istio 社区发展进入常态化，也为企业选择合适的版本提供了便利。总的来说，2021 年 Istio 社区没有发布特别重大的架构调整或者创新能力，更多在接入性、运维性、API 等方面提供更好的原生支持，这表明Istio 版本已趋于稳定。

**对于云原生终态而言，服务网格技术是一个基础设施技术，一定要不断下沉，不断向上抽象。**下沉到更高效的内核或者基础网络上实现，向上抽象到配置管理成本更低。随着服务网格社区的发展，2021 年陆续出现了内核级的服务网格，以及无 Sidecar 代理的服务网格。两种模式的服务网格可以缓解服务网格技术带来的两个主要挑战：复杂性和性能。对于复杂性，服务网格比较难安装部署和管理，需要专业技能；同时，服务网格引入了延迟，所以它也会产生性能问题。

2.1 内核级的服务网格

2021 年底 Cilium 1.11 发布，其中包括了 Cilium Service Mesh 的 Beta 版本。Cilium 通过 Linux 内核的新技术 eBPF，可以在 Linux 内核上动态地注入强大的安全性、可见性以及网络控制逻辑，实现多集群路由、kube-proxy 替代负载均衡、透明加密以及网络和服务安全等诸多功能。同时，基于 eBPF 的内核级服务网格从性能角度可以获得最大收益，使用 eBPF 的服务网格相比我们常规的 Istio/Linkerd 等方案，最显着的特点就是将 Sidecar proxy 模型替换成了 Kernel 模型。

下图是边车模式与内核模式的服务网格比较：

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2.2 无 Sidecar 代理的服务网格

2021 年发布了 Istio 1.11，Istio 1.11 增加了对 gRPC 支持 xDS 协议的实验性支持。用户可以直接将 gRPC 服务添加到网格中，直接跟 Istio 控制平面通信，为服务提供基本的服务发现、双向 TLS、以及一些基于 VirtualService 的流量策略、故障、重试、超时、镜像和重写规则的管理。无 Sidecar 代理的服务网格可以减少因 Sidecar 代理注入而带来的额外的资源开销和延时的性能开销。

下图是基于 gRPC 协议实现的无 Sidecar 代理服务网格：

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三、架构平滑演进：融合（过渡）期的双模式微服务平台

3.1 服务网格落地艰难

建设服务网格是必要的，但面对业务情景的复杂，服务网络的实际企业落地过程却是艰难的。方知理想很美好，现实却很残酷。服务网格落地困难有如下的原因：

  • 服务网格增加了运维部署的复杂性，同时带来额外的资源开销和延时的性能开销。
  • Sidecar 管理和规模问题，随着接入的节点越多，规模越大，控制平面下发配置的速度越慢，甚至无法工作。
  • 服务网格技术设计上比较理想化，与真实的用户使用场景存在差异，很难直接拿给业务直接使用，如：业务场景需要使用多种通讯协议，如：Dubbo、Thrift；需要支持多种场景的限流、路由能力；Sidecar 版本升级业务容器需要重启，以及需要 K8s 运维经验等问题。
  • 微服务框架和服务网格两者在服务治理方面存在重合区域，但又无法完全替代。

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3.2 架构演进的关键要素

下面是服务网格架构平滑演进的一些关键要素：

  • 服务网格数据平面延迟的性能优化。
  • 规模问题的性能优化。
  • 对于存量业务，提供业务不中断的平滑迁移方案。
  • 整合成熟的 API 网关方案。
  • 提供多种业务场景的限流和路由方案。
  • 除了支持主流的 HTTP/gRPC 通信协议，支持多种通信协议，如：Dubbo、Thrift 等。
  • 服务注册方案，是使用 Kubernetes 内置的 Service 作为服务发现机制？对于存量使用了 Eureka、Zookeeper、Nacos 的注册中心的微服务架构，如何平滑迁移？
  • sidecar 管理、版本升级及运维方案。如：在不重启 pod 下，sidecar 的热升级。

3.3 SDK 和 Sidecar 代理并存模式的过渡期

“服务框架在微服务架构中占据核心位置，因此，使用 Service Mesh 来替换正在使用的微服务框架，无异于一次‘换心手术’。”

“保守派”的做法是在融合（过渡）期使用双模式落地。

  • 在微服务框架 1.0 时代，服务治理的逻辑是通过使用 SDK 代码侵入的方式实现的，SDK 负责应用内的服务治理。
  • 在融合（过渡）期，是 SDK 和 Mesh 并存阶段。SDK 负责 RPC 调用和应用内的服务治理。Mesh 主要处理流量控制逻辑，负责应用间粗粒度服务治理。融合（过渡）期是架构平滑演变的一种解决方案，也是从传统微服务框架到服务网格架构变革的最后一公里。
  • 第三阶段是 Mesh 阶段，即架构变革完成，SDK 只负责 RPC 调用部分，新的业务直接不使用 SDK。

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下面是采用双模式微服务平台架构。对于数据平面，微服务框架的 SDK 和 Sidecar envoy 并存，微服务框架的 SDK 裁剪成 ThinSDK，服务治理能力下沉，逐步将这个能力沉淀到新架构上。对于控制平面，服务注册中心与服务网格的控制平面打通，以实现全局服务的可见和路由。

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四、服务网格的未来：深度整合多运行时

最后，让我们看看服务网格的未来。2020 年初，Bilgin Ibryam （Author of Kubernetes Patterns | Product Manager at Red Hat）提出了微服务架构的一个新的设想：Multiple Runtime（多运行时），并总结了分布式应用存在的四大类需求：生命周期、网络、状态、绑定。很可能在将来，我们最终将使用多个运行时来实现分布式系统。比较典型的多运行时开源框架是由微软开源的 Dapr（ Distributed Application Runtime），在 2021 年迎来了标志性的 1.0 版本，并且进入 CNCF Sandbox 进行孵化，目前仍在高速发展中。

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服务网格的本质是服务间通讯的抽象层，多运行时的本质是应用需要的各种分布式能力和原语，包括但不限于服务间通讯。从这个角度上说，多运行时覆盖的范围是服务网格的超集：毕竟服务网格只覆盖到应用的部分需求（即服务间通讯），还有更多的分布式能力和原语有待覆盖。随着云原生的推进，分布式能力（以传统中间件为典型代表）下沉是大势所趋，Mesh 化的范围必然会继续扩大，服务网格会与多运行时深度整合。

五、写在结尾

服务网格架构变革大势所趋。面对业务场景丰富、需求多变、落地艰难等困局，我们要持续跟进架构演进，船到中流，浪遏飞舟，只能更加奋楫。

参考

  1. 网易云原生架构转型之路[1]
  2. 👉网易数帆从微服务框架到服务网格架构平滑演进及最佳实践
  3. 落地三年，两次架构升级，网易 Service Mesh 实践之路[2]
  4. 👉行至 2022，我们该如何看待服务网格？