# 基于Sermant+Istio的无代理服务网格

本文主要介绍基于Sermant+Istio无代理服务网格的概念、部署形态和具体能力。该能力基于Sermant框架层的xDS核心服务 (opens new window)实现。

# Istio下的Sermant服务治理

服务网格（Service Mesh）是处理服务间通信的基础设施层。它负责构成现代云原生应用程序的复杂服务拓扑来可靠地交付请求。在实践中，Service Mesh 通常以轻量级网络代理阵列的形式实现，这些代理与应用程序代码部署在一起，对应用程序来说无需感知代理的存在。

Istio是目前应用最广泛的Service Mesh产品，由控制平面和数据平面组成。Istio的数据平面一般会启动独立的Sidecar容器代理业务微服务的网络，因此会增加额外的性能损耗，包括CPU占用增加和服务调用时延的大幅增长，除此之外，系统的复杂性和运维的难度也在增加。

Sermant xDS服务使微服务可以在Kubenetes场景下接入Istio。Sermant基于xDS协议和Istio的控制平面直接进行通信，获取服务发现、路由、负载均衡等配置信息，从而可以替代Envoy作为Istio的数据平面完成服务治理能力。

Sermant是基于Java Agent的云原生无代理服务网格，业务微服务挂载Sermant同进程运行，无需启动额外的Sidecar容器进行网络代理，可以大幅度降低应用的性能损耗和服务之间的调用时延。

# Istio+Sermant的Sidecar无代理模式部署形态

混合部署模式：Sidecar代理模式和Sidecar无代理模式共存。业务微服务通过混合部署模式接入Istio并实现服务治理能力，该模式可以避免修改已有的部署架构，仅新增服务使用Sidecar无代理模式。
无代理部署模式：所有的业务微服务均使用Sermant作为Istio的数据平面实现服务发现、路由、负载均衡等能力。Sermant可以替代Envoy提供的能力，当前已经支持了服务发现，未来功能将持续演进。

# Istio环境下使用Sermant的优势

Sermant和业务微服务同进程运行，无需启动额外的Sidecar容器，大幅减少网络调用时延和CPU损耗。
基于Sermant框架开发插件可以实现比Envoy更丰富的治理能力，可扩展性更强。
更低的架构复杂度可以带来更低的部署成本。

# 基于xDS服务的服务发现能力

Kubenetes环境中，用户可以通过Deployment (opens new window)和Service (opens new window)自定义资源文件创建Pod和Service。Sermant框架层基于xDS协议实现了服务发现能力，插件可以调用xDS服务发现接口获取Kubenetes Service的服务实例，具体开发指导请参考基于xDS服务的服务发现开发指导。

# Kubenetes创建Pod和Service模版

Deployment：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: spring-test
  labels:
    app: spring-test
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: spring-test
  template:
    metadata:
      labels:
        app: spring-test
    spec:
      containers:
      - name: spring-test
        image: spring-test:1.0.0
        ports:
        - containerPort: 8003

Service：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: spring-test
spec:
  type: ClusterIP
  ports:
  - name: test
    port: 8003
    targetPort: 8003
    protocol: TCP
  selector:
    app: spring-test

说明：Sermant使用Service资源文件的metadata.name作为服务名称进行服务发现

# 支持xDS服务发现能力的Sermant插件

路由插件

# 基于xDS服务的路由能力

Sermant框架层基于xDS协议实现了路由配置的获取能力，插件可以调用xDS路由配置服务接口获取Kubenetes Service的路由配置。具体开发指导请参考基于xDS服务的路由配置服务开发指导。

# Istio路由配置字段支持

Istio通过下发DestinationRule (opens new window)和VirtualService (opens new window) 自定义资源文件下发路由配置。Sermant基于xDS协议和Istio的控制平面协议进行通信获取路由配置，具体支持的路由配置字段如下所示：

VirtualService：

支持字段	描述
spec.hosts	路由的服务域名
spec.hosts.http	http路由配置
spec.hosts.http.match	http路由匹配规则
spec.hosts.http.match.headers	http路由header匹配规则，支持精确、前缀和正则匹配
spec.hosts.http.match.uri	http路由路径匹配规则，支持精确、前缀和正则匹配
spec.hosts.http.match.ignoreUriCase	http路由路径匹配忽略大小写
spec.hosts.http.route	http路由
spec.hosts.http.route.destination	http路由目标服务
spec.hosts.http.route.destination.host	http路由目标服务域名
spec.hosts.http.route.destination.subset	http路由目标服务子集
spec.hosts.http.route.destination.port.number	http路由目标服务端口
spec.hosts.http.route.weight	http路由目标权重

DestinationRule：

支持字段	描述
spec.trafficPolicy	流量策略
spec.trafficPolicy.loadBalancer	负载均衡策略
spec.trafficPolicy.loadBalancer.localityLbSetting.enabled	同AZ路由配置

# Istio路由配置模版

VirtualService：

apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
  name: spring-test-virtualservice
spec:
  hosts:
  - spring-test
  http:
  - name: "v1-routes"
    match:
    - headers:
        version:
          exact: v1
      uri:
        exact: /test
      ignoreUriCase: false
    route:
    - destination:
        host: spring-test
        subset: v1
        port:
          number: 8003
      weight: 100
  - name: "base-route"
    route:
    - destination:
        host: spring-test
        subset: base
        port:
          number: 8003

描述：对于访问服务名称为spring-test的上游服务，存在如下路由规则：

http请求中存在version:v1的header，并且访问路径为/test，路由到spring-test的v1子集的8003端口

其他http请求路由到spring-test的base子集的8003端口

DestinationRule：

apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: DestinationRule
metadata:
  name: spring-test-destinationrule
spec:
  host: spring-test.default.svc.cluster.local
  subsets:
  - name: v1
    labels:
      version: v1
    trafficPolicy:
      loadBalancer:
        localityLbSetting:
          enabled: true
  subsets:
  - name: base
    labels:
      version: base
    trafficPolicy:
      loadBalancer:
        localityLbSetting:
          enabled: false

描述：spring-test服务根据version标签划分为两个子集，即服务的两个Cluster集群。v1集群使用同AZ路由策略，v2集群不使用同AZ路由策略。

# 支持xDS路由配置能力的Sermant插件

路由插件

# 基于xDS服务的负载均衡能力

Sermant框架层基于xDS协议实现了负载均衡配置的获取能力，插件可以调用xDS负载均衡配置服务接口获取Kubenetes Service的负载均衡配置。具体开发指导请参考基于xDS服务的负载均衡配置服务开发指导。

# Istio负载均衡配置字段支持

Istio通过下发DestinationRule (opens new window)自定义资源文件下发负载均衡配置。Sermant基于xDS协议和Istio的控制平面协议进行通信获取负载均衡配置，具体支持的负载均衡配置字段和负载均衡规则如下所示：

支持字段	描述
spec.trafficPolicy	流量策略
spec.trafficPolicy.loadBalancer	负载均衡策略
spec.trafficPolicy.loadBalancer.simple	简单负载均衡策略，支持ROUND_ROBIN、RANDOM、LEAST_REQUEST

# Istio负载均衡配置模版

DestinationRule：

apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: DestinationRule
metadata:
  name: spring-test-destinationrule
spec:
  host: spring-test.default.svc.cluster.local
  trafficPolicy:
    loadBalancer:
      simple: ROUND_ROBIN
  subsets:
  - name: v1
    labels:
      version: v1
    trafficPolicy:
      loadBalancer:
        simple: RANDOM
  subsets:
  - name: base
    labels:
      version: base

描述：spring-test服务根据version标签划分为两个子集，即服务的两个Cluster集群。v1集群使用随机负载均衡策略，v2集群使用轮训负载均衡策略。

# 支持xDS负载均衡配置能力的Sermant插件

路由插件

# 支持版本和限制

# 版本支持

Istio版本：1.6版本及以上

Kubenetes版本和Istio的版本适配请参考Istio版本支持 (opens new window)。

# 限制

Sermant是基于Java Agent的云原生无代理服务网格，仅支持Java语言。

# 启动和结果验证

# 基于xds服务的服务发现示例

本教程使用Sermant-examples (opens new window)仓库中的xds-service-discovery-demo演示Sermant的xDS服务发现能力。本Demo中包括spring-client微服务、spring-server微服务和Sermant示例插件，该插件拦截spring-client的hello方法，在hello方法执行前通过Sermant的xDS服务发现能力获取spring-server服务的具体实例信息，并替换入参为正确的sprng-server地址。

# 1 准备工作

下载 (opens new window) Demo二进制产物压缩包
准备 (opens new window) Kubenetes环境
安装Istio (opens new window)并启动

# 2 获取Demo二进制产物

解压Demo二进制产物压缩包，即可得到product/目录文件。

# 3 启动spring-server

进入product/spring-server目录：

执行以下命令打包spring-server镜像：
```
sh build-server.sh
```
执行以下命令运行spring-server Pod和Service
```
kubectl apply -f spring-server.yaml
```

# 4 启动spring-client

进入product/spring-client目录：

执行以下命令打包spring-client镜像：
```
sh build-client.sh
```
执行以下命令运行spring-client Pod和Service
```
kubectl apply -f spring-client.yaml
```

# 5 验证

通过网页访问spring-client微服务，入参address设置为空，验证Sermant是否能成功调用上游服务spring-server：

http://127.0.0.1:30110/hello?address=

网页收到如下显示，说明Sermant成功发现了spring-server的实例并修改了入参address为正确的spring-server实例地址：

Greetings from http://xxx.xxx.xxx.xxx:8080 : hello, the current time is 2050-01-01T02:08:08.369

# 基于xds服务的路由示例

本教程使用Sermant-examples (opens new window)仓库中的xds-router-demo演示Sermant 基于xDS服务的路由能力。本Demo中包括spring-client微服务、spring-server微服务。spring-client微服务挂载Sermant的路由插件启动，并开启基于xDS的路由能力，Sermant路由插件在spring-client调用上游服务时，根据上游服务的路由规则进行路由，并选择符合规则的服务实例进行调用。

# 1 准备工作

下载 (opens new window) Demo二进制产物压缩包
下载 (opens new window) Sermant二进制产物压缩包
准备 (opens new window) Kubenetes环境
安装Istio (opens new window)并启动

# 2 获取Demo二进制产物

解压Demo二进制产物压缩包，即可得到router-product/目录文件。

# 3 获取和移动Sermant二进制产物

解压Sermant二进制产物压缩包，即可得到sermant-agent/目录文件。

执行如下命令，将Sermant二进制产物移动至spring-client目录，用于打包spring-client镜像：

cp -r ${sermant-path}/sermant-agent/agent ${demo-path}/router-product/spring-client

说明：${sermant-path}为Sermant二进制产物所在路径，${demo-path}为Demo二进制产物所在路径。

# 4 启动spring-server

进入router-product/spring-server目录：

执行以下命令打包spring-server镜像：
```
sh build-server.sh
```
执行以下命令运行spring-server Pod和Service
```
kubectl apply -f ../script/spring-server.yaml
```

# 5 启动spring-client

进入product/spring-client目录：

执行以下命令打包spring-client镜像：
```
sh build-client.sh
```
执行以下命令运行spring-client Pod和Service
```
kubectl apply -f ../script/spring-client.yaml
```

# 6 下发路由规则

进入product/script目录，执行如下命令下发路由规则：

kubectl apply -f spring-server-destination.yaml
kubectl apply -f spring-server-virtureservice.yaml

路由规则说明：

DestinationRule: 根据Deployment的version标签将Pod划分为v1和v2两个子集, spring-server集群使用ROUND_ROBIN负载均衡规则。

VirtualService: 对于访问spring-server服务的http请求，如果存在version:v1的header，并且请求路径为/router，则将请求路由到spring-server的v1子集。

# 7 验证

通过网页访问spring-client微服务，入参host设置为spring-server，version为v1，验证spring-client服务是否能成功调用v1版本的上游服务spring-server：

http://127.0.0.1:30110/router/httpClient?host=spring-server&version=v1

网页收到如下显示，说明spring-client成功调用了v1版本的spring-server服务

spring-server version: v1

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