Service Mesh框架的對比：Linkerd vs. Istio

引言：

各個細分行業(yè)和領(lǐng)域的組織機構(gòu)正在持續(xù)的加速采用微服務(wù)架構(gòu)。隨之而來的是容器的使用以及端點和服務(wù)通信的爆炸式增長。企業(yè)內(nèi)部的復(fù)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)?；ㄐ虐踩院涂梢娦缘墓芾眍H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(wǎng)絡(luò)層的復(fù)雜性封裝為一個新的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)層。當此之時，處理此事的最流行的方式是服務(wù)網(wǎng)格（Service Mesh）。

因此，在本文中，我們將對比兩種主流的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)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(guān)服務(wù)網(wǎng)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(gòu)，何者比何者更具優(yōu)勢。

一、服務(wù)網(wǎng)格是什么？

服務(wù)網(wǎng)格是一個專有的基礎(chǔ)設(shè)施層，這一層級的存在可以使得微服務(wù)架構(gòu)內(nèi)部的服務(wù)間通信更加可靠、快捷和安全。其基本的理念是在服務(wù)間插入一個代理組成的網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)層的抽象。一言以蔽之，服務(wù)網(wǎng)格的設(shè)計初衷就是幫助開發(fā)者解決微服務(wù)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(wù)網(wǎng)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）?？梢哉fIstio是如今最炙手可熱的服務(wù)網(wǎng)格，但由于僅應(yīng)用于Kubernetes，其應(yīng)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(wù)網(wǎng)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(shè)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(nèi)存占用廣受詬病，導(dǎo)致了Conduit項目的開發(fā)，Conduit是一個輕量級的服務(wù)網(wǎng)格，為Kubernetes定制，用Rust和Go語言編寫。Conduit項目目前已經(jīng)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(fù)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(gòu)

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(wù)都被分配一個單獨的代理。微服務(wù)間的通信并不直接進行，而是通過自身的代理轉(zhuǎn)發(fā)。代理會將請求路由到目標微服務(wù)的代理，該代理再將請求轉(zhuǎn)發(fā)到目標微服務(wù)。所有這些服務(wù)代理構(gòu)成了數(shù)據(jù)層。在服務(wù)網(wǎng)格的架構(gòu)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(gòu)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(wù)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(wù)網(wǎng)格內(nèi)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(gòu)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(yīng)數(shù)據(jù)層各種不同的查詢請求，包括授權(quán)、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(wù)身份認證而非網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)環(huán)境。Citadel負責為每個服務(wù)指定證書，如果有需要，也可以接受外部的證書授權(quán)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?？刂平M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(wù)網(wǎng)格環(huán)境中，服務(wù)的部署過程將納入一個專有的外掛代理。如前文所述，服務(wù)并不直接向網(wǎng)絡(luò)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(wù)間通信的復(fù)雜性。服務(wù)網(wǎng)格內(nèi)的代理之間相互連接，構(gòu)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(shè)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(yīng)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(wù)網(wǎng)格可以基于主機部署?；谶@樣的模式，同一主機的多個微服務(wù)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(wù)。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(wù)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(quán)

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(quán)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(wù)網(wǎng)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(guān)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(guān)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(jīng)由代理轉(zhuǎn)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(yīng)該謹慎使用服務(wù)網(wǎng)格？

有五個主要的原因，可能阻止你考慮使用服務(wù)網(wǎng)格來管理微服務(wù)架構(gòu)所帶來的潛在的網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性挑戰(zhàn)。

1、服務(wù)網(wǎng)格具有排他性

服務(wù)網(wǎng)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(wù)和技術(shù)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(wù)網(wǎng)格的前期投資可能十分昂貴。

而且，如果說控制應(yīng)用和服務(wù)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(wù)網(wǎng)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(wù)網(wǎng)格具有復(fù)雜性

服務(wù)網(wǎng)格的部署將向你的架構(gòu)引入相當可觀的復(fù)雜性。部署過程需要引入外掛代理，服務(wù)網(wǎng)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(fù)的配置，所有的加密可能需要重新設(shè)計。基于Kubernetes這樣的平臺建立服務(wù)網(wǎng)格的實例，會要求你不僅是服務(wù)網(wǎng)格的專家，并且是熟悉Kubernetes的專家。

3、服務(wù)網(wǎng)格可能運行緩慢

隨著網(wǎng)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(wù)網(wǎng)格傾向于建立自治的架構(gòu)藍圖

使用服務(wù)網(wǎng)格來追蹤服務(wù)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(shè)你的微服務(wù)環(huán)境與其他團隊的應(yīng)用和服務(wù)相整合，在跨越不同的技術(shù)團隊和業(yè)務(wù)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(yīng)商的情況下，這種挑戰(zhàn)將更加嚴峻。

5、服務(wù)網(wǎng)格著眼于開發(fā)者層面的考量

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