Istio 1.0学习笔记(八)：使用Helm在Kubernetes集群上部署Istio

1.环境信息

本文将实践使用Heml在Kubernetes 1.13上安装Istio 1.0.5，具体的环境信息如下：

1helm version
2Client: &version.Version{SemVer:"v2.12.2", GitCommit:"7d2b0c73d734f6586ed222a567c5d103fed435be", GitTreeState:"clean"}
3Server: &version.Version{SemVer:"v2.12.2", GitCommit:"7d2b0c73d734f6586ed222a567c5d103fed435be", GitTreeState:"clean"}
4
5kubectl version
6Client Version: version.Info{Major:"1", Minor:"13", GitVersion:"v1.13.2", GitCommit:"ddf47ac13c1a9483ea035a79cd7c10005ff21a6d", GitTreeState:"clean", BuildDate:"2018-12-03T21:04:45Z", GoVersion:"go1.11.2", Compiler:"gc", Platform:"linux/amd64"}
7Server Version: version.Info{Major:"1", Minor:"13", GitVersion:"v1.13.2", GitCommit:"cff46ab41ff0bb44d8584413b598ad8360ec1def", GitTreeState:"clean", BuildDate:"2019-01-10T23:28:14Z", GoVersion:"go1.11.4", Compiler:"gc", Platform:"linux/amd64"}

下载并解压缩istio的发布包：

1wget https://github.com/istio/istio/releases/download/1.0.5/istio-1.0.5-linux.tar.gz
2tar -zxvf istio-1.0.5-linux.tar.gz
3cd istio-1.0.5

解压后的目录结构如下：

 1istio-1.0.5
 2├── bin
 3│   └── istioctl
 4├── install
 5│   ├── consul
 6│   ├── gcp
 7│   ├── kubernetes
 8│   ├── README.md
 9│   └── tools
10├── istio.VERSION
11├── LICENSE
12├── README.md
13├── samples
14│   ├── bookinfo
15│   ├── certs
16│   ├── CONFIG-MIGRATION.md
17│   ├── health-check
18│   ├── helloworld
19│   ├── httpbin
20│   ├── https
21│   ├── kubernetes-blog
22│   ├── rawvm
23│   ├── README.md
24│   ├── sleep
25│   └── websockets
26└── tools
27    ├── adsload
28    ├── cache_buster.yaml
29    ├── convert_perf_results.py
30    ├── deb
31    ├── dump_kubernetes.sh
32    ├── githubContrib
33    ├── hyperistio
34    ├── istio-docker.mk
35    ├── license
36    ├── perf_istio_rules.yaml
37    ├── perf_k8svcs.yaml
38    ├── perf_setup.svg
39    ├── README.md
40    ├── rules.yml
41    ├── run_canonical_perf_tests.sh
42    ├── setup_perf_cluster.sh
43    ├── setup_run
44    ├── update_all
45    └── vagrant

其中istio-1.0.5/install/kubernetes/helm包含了使用helm安装istio所需的chart
bin目录中的istioctl是istio的客户端文件，用来手动将Envoy作为sidecar proxy注入，以及对路由规则和策略的管理

将istioctl加入到PATH环境变量，这里直接将其拷贝到/usr/local/bin下:

1istioctl version
2Version: 1.0.5
3GitRevision: c1707e45e71c75d74bf3a5dec8c7086f32f32fad
4User: root@6f6ea1061f2b
5Hub: docker.io/istio
6GolangVersion: go1.10.4
7BuildStatus: Clean

2.使用Helm安装Istio

因为这里的Helm是2.12.2版本高于2.10，所以不再需要手动使用kubectl安装Istio的CRD。

Istio的Chart在istio-1.0.5/install/kubernetes/helm目录中，这个Chart包含了下面的组件：

ingress
ingressgateway
egressgateway
sidecarInjectorWebhook
galley
mixer
pilot
security(citadel)
grafana
prometheus
servicegraph
tracing(jaeger)
kiali

通过各个组件在vaule file的enabled flag启用或禁用，下面创建名称为istio.yaml的vaule file，将几个默认禁用的组件也启用：

1tracing:
2  enabled: true
3servicegraph:
4  enabled: true
5kiali:
6  enabled: true
7grafana:
8  enabled: true

直接使用helm安装Istio。

1helm install install/kubernetes/helm/istio --name istio --namespace istio-system -f istio.yaml

安装完成后确认各个组件的Pod正常运行：

 1 kubectl get pod -n istio-system
 2NAME                                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
 3grafana-59b8896965-lngmf                  1/1     Running   0          43m
 4istio-citadel-856f994c58-q7km9            1/1     Running   0          43m
 5istio-egressgateway-5649fcf57-m52zh       1/1     Running   0          43m
 6istio-galley-7665f65c9c-2xh59             1/1     Running   0          43m
 7istio-ingressgateway-6755b9bbf6-x5gzb     1/1     Running   0          43m
 8istio-pilot-56855d999b-rh7w7              2/2     Running   0          43m
 9istio-policy-6fcb6d655f-7dfd5             2/2     Running   0          43m
10istio-sidecar-injector-768c79f7bf-7887s   1/1     Running   0          43m
11istio-telemetry-664d896cf5-wnfg4          2/2     Running   0          43m
12istio-tracing-6b994895fd-m9j2s            1/1     Running   0          43m
13kiali-67c69889b5-2lvq5                    1/1     Running   0          43m
14prometheus-76b7745b64-5z2cw               1/1     Running   0          43m
15servicegraph-5c4485945b-gcrj8             1/1     Running   0          43m

3.使用Istio Gateway暴露各个辅助组件

完成Istio的安装后，可以看到安装的组件除了Istio架构中的数据平面和控制平面的各个核心组件，详见Istio 1.0学习笔记(五)：Istio的基本概念外，还部署了Prometheus、Grafana、Jaeger、Kiali等辅助组件。在云原生生态中，我们已经对这些组件很熟悉了。

Prometheus：监控系统，收集Istio的监控数据
Grafana：监控信息的图表展现，Istio部署的Grafana为我们内置各个组件相关的Dashboard
Jaeger：分布式跟踪系统，Istio中集成Jaeger可以对基于Istio的微服务实现调用链跟踪、依赖分析，为性能管理提供支持
kiali：kiali作为Istio的可观测工具，可以认为是Istio的UI，可以展现服务的网络拓扑、服务的容错情况(超时、重试、短路等)、分布式跟踪(通过Jaeger Tracing)等

这些辅助组件都有自己的web界面，这里我们使用Isito Gateway的方式将这些组件暴露到集群外，以便在集群外部访问。

3.1 准备工作，配置istio-ingressgateway

在Kubernetes中，可以使用Ingress资源将集群内部的Service暴露到集群外部，而Istio这个Service Mesh则推荐使用另Istio Gateway这个更好的配置模型。我们首先确保Istio Gateway被暴露到集群外部。这个和Kubernetes中暴露Ingress Controller类似，有很多种方式，如NodePort，LoadBalancer，或直接开启hostNetwork: true等等。

这里我们使用以hostNetwork: true运行Istio Gateway容器。因为istio 1.0.5的helm chart中创建的 istio-ingressgateway Service是LoadBalancer类型的，而且开放了很多NodePort，同时没有提供hostNetwork相关选项。我们这里通过kubect edit命令重新配置Istio Gateway的Deloyment和Service.

修改istio-ingressgateway的Service，将类型改成ClusterIP，并删除各个nodePort：

 1kubectl edit svc istio-ingressgateway -n istio-system
 2
 3......
 4spec:
 5  type: ClusterIP
 6  ......
 7  ports:
 8  - name: http2
 9    port: 80
10    protocol: TCP
11    targetPort: 80
12  - name: https
13    port: 443
14    protocol: TCP
15    targetPort: 443
16  - name: tcp
17    port: 31400
18    protocol: TCP
19    targetPort: 31400
20  - name: tcp-pilot-grpc-tls
21    port: 15011
22    protocol: TCP
23    targetPort: 15011
24  - name: tcp-citadel-grpc-tls
25    port: 8060
26    protocol: TCP
27    targetPort: 8060
28  - name: tcp-dns-tls
29    port: 853
30    protocol: TCP
31    targetPort: 853
32  - name: http2-prometheus
33    port: 15030
34    protocol: TCP
35    targetPort: 15030
36  - name: http2-grafana
37    port: 15031
38    protocol: TCP
39    targetPort: 15031
40......

修改istio-ingressgateway的Deployment，针对spec.template.spec设置hostNetwork: true、dnsPolicy: ClusterFirstWithHostNet。同时加入节点亲和性nodeAffinity,Pod反亲和性podAntiAffinity等配置确保istio-ingressgateway容器被调度到集群中的边缘节点上。

 1kubectl edit deploy istio-ingressgateway -n istio-system
 2
 3apiVersion: extensions/v1beta1
 4kind: Deployment
 5metadata:
 6......
 7spec:
 8  replicas: 2
 9  ......
10  template:
11    spec:
12      ......
13      hostNetwork: true
14      dnsPolicy: ClusterFirstWithHostNet
15      affinity:
16        nodeAffinity:
17          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
18            nodeSelectorTerms:
19            - matchExpressions:
20              - key: node-role.kubernetes.io/edge
21                operator: Exists
22        podAntiAffinity:
23            requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
24            - labelSelector:
25                matchExpressions:
26                - key: app
27                  operator: In
28                  values:
29                  - istio-ingressgateway
30                - key: istio
31                  operator: In
32                  values:
33                  - ingressgateway
34              topologyKey: kubernetes.io/hostname
35      tolerations:
36          - key: node-role.kubernetes.io/master
37            operator: Exists
38            effect: NoSchedule

这样从集群外部访问Istio Gateway的IP地址就是边缘节点的IP地址了，如果有多个边缘节点，可以使用Keepalived实现多个边缘节点争抢一个VIP的形式，实现高可用。这个和Kubernetes Ingress边缘节点高可用实现方式一致，这里不再赘述，可参考Bare metal环境下Kubernetes Ingress边缘节点的高可用,Ingress Controller使用hostNetwork。

注意因为helm部署的istio-ingressgateway，同时为其创建了HPA，因为我们这里使用hostNetwork，即将istio-ingressgateway固定调度到集群中的所有边缘节点上，所以还需要手动删除这个HPA：

1kubectl delete HorizontalPodAutoscaler istio-ingressgateway -n istio-system

接下来将所需要的SSL证书存放到istio-system命名空间中，要求名称必须是istio-ingressgateway-certs：

1kubectl create secret tls istio-ingressgateway-certs --cert=fullchain.pem --key=privkey.pem -n istio-system

3.2 创建各个组件所需要的gateway

 1apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
 2kind: Gateway
 3metadata:
 4  name: frognew-gateway
 5  namespace: istio-system
 6spec:
 7  selector:
 8    istio: ingressgateway
 9  servers:
10  - port:
11      number: 80
12      name: http
13      protocol: HTTP
14    tls:
15      httpsRedirect: true
16    hosts:
17    - istio-prometheus.frognew.com
18    - istio-grafana.frognew.com
19    - istio-jaeger.frognew.com
20    - istio-kiali.frognew.com
21  - port:
22      number: 443
23      name: https
24      protocol: HTTPS
25    tls:
26      mode: SIMPLE
27      serverCertificate: /etc/istio/ingressgateway-certs/tls.crt
28      privateKey: /etc/istio/ingressgateway-certs/tls.key
29    hosts:
30    - istio-prometheus.frognew.com
31    - istio-grafana.frognew.com
32    - istio-jaeger.frognew.com
33    - istio-kiali.frognew.com

3.3 使用istio gateway暴露Prometheus

创建Prometheus的VirtualService:

 1apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
 2kind: VirtualService
 3metadata:
 4  name: prometheus
 5  namespace: istio-system
 6spec:
 7  hosts:
 8  - istio-prometheus.frognew.com
 9  gateways:
10  - frognew-gateway
11  http:
12  - match:
13    - uri:
14        prefix: /
15    route:
16    - destination:
17        port:
18          number: 9090
19        host: prometheus

istio-promethues

3.4 使用istio gateway暴露Grafana

创建Grafana的VirtualService:

 1apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
 2kind: VirtualService
 3metadata:
 4  name: grafana
 5  namespace: istio-system
 6spec:
 7  hosts:
 8  - istio-grafana.frognew.com
 9  gateways:
10  - frognew-gateway
11  http:
12  - match:
13    - uri:
14        prefix: /
15    route:
16    - destination:
17        port:
18          number: 3000
19        host: grafana

istio-grafana

3.5 使用istio gateway暴露Jaeger

创建Jaeger的VirtualService:

 1apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
 2kind: VirtualService
 3metadata:
 4  name: jaeger-query
 5  namespace: istio-system
 6spec:
 7  hosts:
 8  - istio-jaeger.frognew.com
 9  gateways:
10  - frognew-gateway
11  http:
12  - match:
13    - uri:
14        prefix: /
15    route:
16    - destination:
17        port:
18          number: 16686
19        host: jaeger-query

istio-jaeger

3.6 使用istio gateway暴露Kiali

创建Kiali的VirtualService:

 1apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
 2kind: VirtualService
 3metadata:
 4  name: kiali
 5  namespace: istio-system
 6spec:
 7  hosts:
 8  - istio-kiali.frognew.com
 9  gateways:
10  - frognew-gateway
11  http:
12  - match:
13    - uri:
14        prefix: /
15    route:
16    - destination:
17        port:
18          number: 20001
19        host: kiali

默认用户名密码admin/admin。

istio-kiali

3.7 使用istio gateway暴露k8s dashboard

因为我们不再使用Kubernetes的Ingress Nginx，而改为使用Istio Gateway，所以也需要使用istio gateway暴露k8s dashboard。

因为Kubernetes Dashboard部署在kube-system命名空间中，所以需要在kube-system命名空间中创建Gateway：

创建kube-system命名空间中的Gateway资源：

 1apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
 2kind: Gateway
 3metadata:
 4  name: frognew-gateway
 5  namespace: kube-system
 6spec:
 7  selector:
 8    istio: ingressgateway
 9  servers:
10  - port:
11      number: 80
12      name: http
13      protocol: HTTP
14    tls:
15      httpsRedirect: true
16    hosts:
17    - k8s.frognew.com
18  - port:
19      number: 443
20      name: https
21      protocol: HTTPS
22    tls:
23      mode: SIMPLE
24      serverCertificate: /etc/istio/ingressgateway-certs/tls.crt
25      privateKey: /etc/istio/ingressgateway-certs/tls.key
26    hosts:
27    - k8s.frognew.com

可以看到Gateway中针对k8s.frognew.com启用了TLS，简单起见在集群中部署的k8s dashboard不再启用TLS，对于使用helm chart部署的dashboard，使用下面的自定义值文件即可：

1enableInsecureLogin: True
2image:
3  repository: k8s.gcr.io/kubernetes-dashboard-amd64
4  tag: v1.10.1
5rbac:
6  clusterAdminRole: true

创建k8s dashboard的VirtualService:

 1apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
 2kind: VirtualService
 3metadata:
 4  name: k8s-dashboard
 5  namespace: kube-system
 6spec:
 7  hosts:
 8  - k8s.frognew.com
 9  gateways:
10  - frognew-gateway
11  http:
12  - match:
13    - uri:
14        prefix: /
15    route:
16    - destination:
17        port:
18          number: 443
19        host: kubernetes-dashboard

istio-k8s-dashboard

4.总结

本文实践了使用istio官方提供的helm chart在Kubernetes上部署Istio 1.0.5的过程，并使用Istio Gateway将Istio集成的Prometheus、Grafana、Jaeger、Kiali等辅助组件暴露到集群外部。 Istio Gateway用于控制边缘服务的暴露，即将服务暴露到集群(网格)外部，结合使用VirtualService对进入集群的流量进行了管理。

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