istio 1.10学习笔记09: Istio流量管理之设置请求超时和熔断

2021-07-26

前面几节内容我们学习了Istio API资源对象中的虚拟服务VirtualService, 目标规则DestinationRule, Gateway。使用它们可以实现将集群外部流量(http或tcp)接入到服务网格内部，可以进行一些常见的流量管理功能如: 设置请求路由、故障注入、流量转移(http或tcp)等。本节我们学习使用istio进行流量管理的另外两个常见功能:设置请求超时和熔断。

设置请求超时 #

对HTPP服务的请求超时，可以通过虚拟服务的路由规则中的timeout字段来指定。默认请求下这个配置是禁用的。下面基于bookinfo应用完成这个测试。

istio bookinfo

本测试将reviews服务的超时设置为1秒，为了便于观察测试结果，还将使用istio的故障注入功能为对ratings服务注入2秒的延迟故障。

首先执行下面的命令初始化bookinfo应用各服务的路由规则:

1kubectl apply -f samples/bookinfo/networking/virtual-service-all-v1.yaml

修改reviews服务的虚拟服务，将对reviews服务的请求全都路由到v2版本:

 1kubectl apply -f - <<EOF
 2apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
 3kind: VirtualService
 4metadata:
 5  name: reviews
 6spec:
 7  hosts:
 8    - reviews
 9  http:
10  - route:
11    - destination:
12        host: reviews
13        subset: v2
14EOF

对ratings服务进行故障注入，注入2秒的延迟:

 1kubectl apply -f - <<EOF
 2apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
 3kind: VirtualService
 4metadata:
 5  name: ratings
 6spec:
 7  hosts:
 8  - ratings
 9  http:
10  - fault:
11      delay:
12        percent: 100
13        fixedDelay: 2s
14    route:
15    - destination:
16        host: ratings
17        subset: v1
18EOF

此时使用我们之前配置好的Istio Gateway入口访问bookinfo应用https://bookinfo.example.com/productpage，会发现bookinfo应用运行正常（显示了评级的星型符号），但是每次刷新页面，都会有2秒的延迟。

因为reviews:v2版本的服务是通过调用ratings服务获取评级信息的，默认reviews服务默认是没有设置请求超时的，所以它会等待ratings服务中注入的2秒延迟，每次刷新页面也就有了2秒的延迟。

由于productpage服务中存在硬编码重试，即遇到错误时会重试1次，下面我们将对review服务的调用设置一个0.5秒的超时:

 1kubectl apply -f - <<EOF
 2apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
 3kind: VirtualService
 4metadata:
 5  name: reviews
 6spec:
 7  hosts:
 8  - reviews
 9  http:
10  - route:
11    - destination:
12        host: reviews
13        subset: v2
14    timeout: 0.5s
15EOF

此时再刷新/productpage页，会有1秒的延迟，且页面中的书籍评级信息出现错误Error fetching product reviews! 。这是因为这个请求的调用链如下productpage(出现请求超时错误时重试1次) --> reviews(请求超时设置为0.5秒) ---> ratings(注入了2秒的延迟)。可以看出通过设置对reviews服务的请求超时，实现了微服务治理中设置请求超时的功能，这完全是在服务网格中实现的，没有侵入微服务的业务逻辑。在服务治理中通过设置请求超时，可以避免大量请求长时间占用资源。

熔断 #

熔断是创建弹性微服务的重要模式，熔断可以使应用程序具备应对来自故障、潜在峰值和其他未知网络因素的能力。熔断机制是应对雪崩效应的一种微服务链路保护机制。服务雪崩是指当调用链中的某个环节，特别是服务提供方不可用时，将会导致上游环节不可用，并最终将这个影响扩大到整个系统中，导致整个系统的不可用。

下面将演示istio中流量管理的熔断功能。

首先部署用于测试的httpbin应用，将其部署在k8s的default namespace内，因为default命名空间在前面部署bookinfo应用时已经开启了istio sidecar的自动注入功能，所以这里直接部署httpbin应用即可:

1kubectl apply -f samples/httpbin/httpbin.yaml

httpbin.yaml的内容如下:

 1apiVersion: v1
 2kind: ServiceAccount
 3metadata:
 4  name: httpbin
 5---
 6apiVersion: v1
 7kind: Service
 8metadata:
 9  name: httpbin
10  labels:
11    app: httpbin
12    service: httpbin
13spec:
14  ports:
15  - name: http
16    port: 8000
17    targetPort: 80
18  selector:
19    app: httpbin
20---
21apiVersion: apps/v1
22kind: Deployment
23metadata:
24  name: httpbin
25spec:
26  replicas: 1
27  selector:
28    matchLabels:
29      app: httpbin
30      version: v1
31  template:
32    metadata:
33      labels:
34        app: httpbin
35        version: v1
36    spec:
37      serviceAccountName: httpbin
38      containers:
39      - image: docker.io/kennethreitz/httpbin
40        imagePullPolicy: IfNotPresent
41        name: httpbin
42        ports:
43        - containerPort: 80

再次看一下下图中istio中虚拟服务和目标规则的关系，熔断器的配置需要配置在目标规则上。

接下来创建一个目标规则，在调用httpbin时设置了熔断器:

 1kubectl apply -f - <<EOF
 2apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
 3kind: DestinationRule
 4metadata:
 5  name: httpbin
 6spec:
 7  host: httpbin
 8  trafficPolicy:
 9    connectionPool:
10      tcp:
11        maxConnections: 1
12      http:
13        http1MaxPendingRequests: 1
14        maxRequestsPerConnection: 1
15    outlierDetection:
16      consecutive5xxErrors: 1
17      interval: 1s
18      baseEjectionTime: 3m
19      maxEjectionPercent: 100
20EOF

在httpbin的目标规则的trafficPolicy中，定义了maxConnections: 1和http1MaxPendingRequests: 1。这表示如果并发的连接和请求数超过一个，在istio-proxy中进行进一步的请求和连接时，后续请求和连接将被阻止。

接下来在k8s的default命名空间内部署httpbin的客户端程序fortio。fortio是专门用来做负载测试的，它可以控制连接数、并发数以及发送HTTP请求的延迟。因为default命名空间在前面部署bookinfo应用时已经开启了istio sidecar的自动注入功能，所以这里直接部署即可:

1kubectl apply -f samples/httpbin/sample-client/fortio-deploy.yaml

fortio-deploy.yaml的内容如下:

 1apiVersion: v1
 2kind: Service
 3metadata:
 4  name: fortio
 5  labels:
 6    app: fortio
 7    service: fortio
 8spec:
 9  ports:
10  - port: 8080
11    name: http
12  selector:
13    app: fortio
14---
15apiVersion: apps/v1
16kind: Deployment
17metadata:
18  name: fortio-deploy
19spec:
20  replicas: 1
21  selector:
22    matchLabels:
23      app: fortio
24  template:
25    metadata:
26      annotations:
27        # This annotation causes Envoy to serve cluster.outbound statistics via 15000/stats
28        # in addition to the stats normally served by Istio.  The Circuit Breaking example task
29        # gives an example of inspecting Envoy stats.
30        sidecar.istio.io/statsInclusionPrefixes: cluster.outbound,cluster_manager,listener_manager,http_mixer_filter,tcp_mixer_filter,server,cluster.xds-grpc
31      labels:
32        app: fortio
33    spec:
34      containers:
35      - name: fortio
36        image: fortio/fortio:latest_release
37        imagePullPolicy: Always
38        ports:
39        - containerPort: 8080
40          name: http-fortio
41        - containerPort: 8079
42          name: grpc-ping

进入fortio的pod中测试一下，下面的命令将从fortio中向httpbin发一次请求，如果返回200请求成功则说明fortio部署完成，可以进行接下来的熔断测试:

1FORTIO_POD=$(kubectl get pod | grep fortio | awk '{ print $1 }')
2kubectl exec -it $FORTIO_POD -c fortio /usr/bin/fortio -- load -curl  http://httpbin:8000/get

下面在fortio中向httpbin发送并发数为2的连接(-c 2)，请求20次(-n 20)：

1FORTIO_POD=$(kubectl get pod | grep fortio | awk '{ print $1 }')
2kubectl exec -it $FORTIO_POD  -c fortio -- /usr/bin/fortio load -c 2 -qps 0 -n 20 -loglevel Warning http://httpbin:8000/get
3
4......
5Code 200 : 13 (65.0 %)
6Code 503 : 7 (35.0 %)
7......

可以看到有35%的请求被熔断器拦截，返回了503错误。而HTTP503错误表示服务不可用，通常造成这种情况的原因是由于服务器停机维护或者已超载，返回这个状态码也是十分合适的。

接下来将并发连接数提高到3个，请求20次:

1FORTIO_POD=$(kubectl get pod | grep fortio | awk '{ print $1 }')
2kubectl exec -it $FORTIO_POD  -c fortio -- /usr/bin/fortio load -c 3 -qps 0 -n 20 -loglevel Warning http://httpbin:8000/get
3
4Code 200 : 2 (10.0 %)
5Code 503 : 18 (90.0 %)

可以看到只有10%的请求成功，有90%的请求被熔断器拦截。

istio 1.10学习笔记09: Istio流量管理之设置请求超时和熔断

2021-07-26

设置请求超时 #

熔断 #

参考 #