本文分享自华为云社区《基于istio实现单集群地域故障转移》，作者：可以交个朋友。
一 背景
随着应用程序的增长并变得更加复杂，微服务的数量也会增加，失败的可能性也会增加。微服务的故障可能多种原因造成，例如硬件问题、网络延迟、软件错误，甚至人为错误。故障转移Failover 是系统韧性设计中的一个基础能力，它们可以确保系统在出现故障时能够继续运行，并且能够在最小化的影响下进行恢复，减少或者消除对使用方或最终用户的影响，从而提高整个系统对外的可用性。
二 简介
云原生K8s、istio默认使用node上特定label作为地域信息：
- 地区：代表较大的地理区域，例如 us-east。一个地区通常包含许多可用区。 在 Kubernetes 中，标签topology.kubernetes.io/region 决定了节点所在的地区。
- 区域：区域内的一组计算资源。通过在区域内的多个区域中运行服务，可以在区域内的区域之间进行故障转移， 同时保持最终用户的数据地域性。在 Kubernetes 中，标签topology.kubernetes.io/zone决定了节点所在的区域。
- 分区：允许管理员进一步细分区域，以实现更细粒度的控制，例如“相同机架”。 Kubernetes 中不存在分区的概念。所以 Istio 引入了自定义节点标签 topology.istio.io/subzone 来定义分区。
kubectl describe node xxx |grep topo
如下图所示演示环境，helloworld作为服务端有多个实例分别部署在不同zone中（不同zone节点topology.kubernetes.io/zone的label不同）。通过istio的destinationrule中localityLbSetting.failover（故障转移策略）和outlierDetection（故障异常点检测），可以实现客户端业务访问helloworld服务时候，优先访问与客户端同可用区的服务端，当同可用区的helloworld服务端全部故障后，再访问指定可用区的服务端，实现故障转移。
三 实战演练
事先准备好kubernetes+istio作为操作环境。可用华为云CCE和ASM服务进行操作。
3.1 部署服务端
1.创建sample 命名空间，并设置istio-proxy sidecar自动注入
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
name: sample
labels:
istio-injection: enabled
2.部署helloworld服务 作为服务端
将根据以下脚本生成对yaml配置清单
#!/bin/bash set -euo pipefail display_usage() { echo echo "USAGE: ./gen-helloworld.sh [--version] [--includeService value] [--includeDeployment value]" echo " -h|--help: Prints usage information" echo " --version: Specifies the version that will be returned by the helloworld service, default: 'v1'" echo " --includeService: If 'true' the service will be included in the YAML, default: 'true'" echo " --includeDeployment: If 'true' the deployment will be included in the YAML, default: 'true'" } INCLUDE_SERVICE=${INCLUDE_SERVICE:-"true"} INCLUDE_DEPLOYMENT=${INCLUDE_DEPLOYMENT:-"true"} SERVICE_VERSION=${SERVICE_VERSION:-"v1"} while (( "$#" )); do case "$1" in -h|--help) display_usage exit 0 ;; --version) SERVICE_VERSION=$2 shift 2 ;; --includeService) INCLUDE_SERVICE=$2 shift 2 ;; --includeDeployment) INCLUDE_DEPLOYMENT=$2 shift 2 ;; *) echo "Error: Unsupported flag $1" >&2 display_usage exit 1 ;; esac done SERVICE_YAML=$(cat <<EOF apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: helloworld labels: app: helloworld service: helloworld spec: ports: - port: 5000 name: http selector: app: helloworld EOF ) DEPLOYMENT_YAML=$(cat <<EOF apiVersion: apps/v1 kind: Deployment metadata: name: helloworld-${SERVICE_VERSION} labels: app: helloworld version: ${SERVICE_VERSION} spec: replicas: 1 selector: matchLabels: app: helloworld version: ${SERVICE_VERSION} template: metadata: labels: app: helloworld version: ${SERVICE_VERSION} spec: affinity: nodeAffinity: requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: nodeSelectorTerms: - matchExpressions: - key: topology.istio.io/subzone operator: In values: - ${SERVICE_VERSION} containers: - name: helloworld env: - name: SERVICE_VERSION value: ${SERVICE_VERSION} image: docker.io/istio/examples-helloworld-v1 resources: requests: cpu: "100m" imagePullPolicy: IfNotPresent ports: - containerPort: 5000 EOF ) OUT="" # Add the service to the output. if [[ "$INCLUDE_SERVICE" == "true" ]]; then OUT="${SERVICE_YAML}" fi # Add the deployment to the output. if [[ "$INCLUDE_DEPLOYMENT" == "true" ]]; then # Add a separator if [[ -n "$OUT" ]]; then OUT+=" --- " fi OUT+="${DEPLOYMENT_YAML}" fi echo "$OUT"
执行脚本: for LOC in "beijing" "tianjin" "shenyang"; do ./genHelloWorld.sh --version "$LOC" > "helloworld-${LOC}.yaml"; done 将会生成yaml配置清单，应用到集群即可。
kubectl apply -f helloworld-xxx.yaml -n sample
3.2 部署客户端
kubectl apply -f sleep.yaml -n sample
# Sleep service ################################################################################################## apiVersion: v1 kind: ServiceAccount metadata: name: sleep --- apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: sleep labels: app: sleep service: sleep spec: ports: - port: 80 name: http selector: app: sleep --- apiVersion: apps/v1 kind: Deployment metadata: name: sleep spec: replicas: 1 selector: matchLabels: app: sleep template: metadata: labels: app: sleep spec: terminationGracePeriodSeconds: 0 serviceAccountName: sleep containers: - name: sleep image: curlimages/curl command: ["/bin/sleep", "infinity"] imagePullPolicy: IfNotPresent volumeMounts: - mountPath: /etc/sleep/tls name: secret-volume volumes: - name: secret-volume secret: secretName: sleep-secret optional: true ---
查看客户端中的存储的cluster信息
kubectl exec -it sleep-xxx -c istio-proxy -n sample -- curl localhost:15000/clusters可以看到cluster信息中包含了实例的PodIP和位置信息
3.3 配置服务端地域故障转移规则
istio的流量治理一般都是通过virtualservice、destinationrule 、envoyfilter等来实现，其中地域故障转移是通过destinationrule配置实现的。因为在destinationrule中可以配置outerlineDecetion进行异常点检测，只有检测到异常后，才会进行故障转移。kubectl apply -f xxx.yaml
apiVersion: networking.istio.io/v1beta1 kind: DestinationRule metadata: name: helloworld namespace: sample spec: host: helloworld.sample.svc.cluster.local trafficPolicy: connectionPool: http: maxRequestsPerConnection: 1 loadBalancer: simple: ROUND_ROBIN localityLbSetting: #开启地域负载均衡 enabled: true failover: #配置故障转移策略，failover主要控制Region等上层位置的切换 - from: cn-north-4 to: cn-south-1 outlierDetection: #异常点检测 consecutive5xxErrors: 1 interval: 1s baseEjectionTime: 1m
以上治理策略表示：
- 异常点检测：当某个客户端访问helloworld服务时，客户端对应的envoy会根据本次访问HTTP状态码对转发的服务端进行故障检测，故障检测条件为当发生1次5xx错误时实例就会被隔离1m。
- 故障隔离：当指定region的所有后端实例均不正常，触发故障转移到下一个地域，确保了超出地区边界的故障转移将具有可预测的行为。如果位于cn-north-4 region的实例异常，流量就会发往cn-south-1 region 的实例。
3.4 验证地域负载均衡
通过位于cn-north-4/cn-north-4b/tianjin 的Sleep Pod 多次调用 HelloWorld 服务，均访问成功。
同时可以发现服务端响应的Pod总是同一个
查看sleep实例的proxy日志，通过日志中的%UPSTREAM_HOST%字段(红框标准)172.16.0.136，可以看到5个请求均被发送到相同的子区域helloworld实例（Pod IP为172.16.0.136）。
这是因为istio考虑到网络开销，部署在region1/zone1上的sleep实例 大多时候只会访问部署在同Region同Zone的helloworld实例。
3.5 验证地域故障转移
首先模拟故障,通过下述命令 向 enovy 的 admin port 发送请求，关闭envoy的 listener 。enovy 收到请求后，会取消端口监听，不再接收新的连接和请求。
kubectl exec helloworld-tianjin-xxx -n sample -c istio-proxy -- curl -sSL -X POST 127.0.0.1:15000/drain_listeners
再次通过位于cn-north-4/cn-north-4b/tianjin 的Sleep Pod 多次调用 HelloWorld 服务。
可以发现4个请求被以轮询的方式发往cn-north-4/cn-north-4b/beijing 和cn-north-4/cn-north-4b/shenyang的 helloworld实例。以上结果说明，在一个区域的服务实例发生故障时，可根据配置，将请求路由到其它地域的服务实例进行处理，增强服务的可靠性。在实践中可通过From、To 配置region地区信息，控制在不同地区的实例上进行故障转移。
四 备注
关于地域负载均衡的配置failover主要控制的是跨region的场景，因为位于region内的zone或者subzone 上的实例默认就可以切换流量。本文档的实践主要是在region内进行操作的，所以不能演示完整的跨地域故障转移。一般也多用在多集群的治理环境中。
