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简介: 我们都知道,服务网格(ServiceMesh)可以为运行其上的微服务提供无侵入式的流量治理能力。通过配置VirtualService和DestinationRule,即可实现流量管理、超时重试、流量复制、限流、熔断等功能,而无需修改微服务代码。 本文所述的实践是根据请求Header实现全链路A/B测试。
我们都知道,服务网格(ServiceMesh)可以为运行其上的微服务提供无侵入式的流量治理能力。通过配置VirtualService和DestinationRule,即可实现流量管理、超时重试、流量复制、限流、熔断等功能,而无需修改微服务代码。
流量管理的前提是一个服务存在多个版本,我们可以按部署多版本的目的进行分类,简述如下,以方便理解余文。
本文所述的实践是根据请求Header实现全链路A/B测试。
1.1 功能简述
从Istio社区的文档,我们很容易找到关于如何根据请求Header将流量路由到一个服务的特定版本的文档和示例。但是这个示例只能在全链路的第一个服务上生效。
举例来说,一个请求要访问A-B-C三个服务,这三个服务都有en版本和fr版本。我们期待:
相应的VirtualService配置如下所示:
http:
- name: A|B|C-route
match:
- headers:
user:
exact: en
route:
- destination:
host: A|B|C-svc
subset: v1
- route:
- destination:
host: A|B|C-svc
subset: v2
我们通过实测可以发现,只有A这个服务的路由是符合我们预期的。B和C无法做到根据Header值路由到指定版本。
这是为什么呢?对于服务网格其上的微服务来说,这个header是凭空出现的,也就是微服务代码无感知。因此,当A服务请求B服务时,不会透传这个header;也就是说,当A请求B时,这个header已经丢失了。这时,这个匹配header进行路由的VirtualService配置已经毫无意义。
要解决这个问题,从微服务方的业务角度看,只能修改代码(枚举业务关注的全部header并透传)。但这是一种侵入式的修改,而且无法灵活地支持新出现的header。
从服务网格的基础设施角度看,任何header都是没有业务意义且要被透传的kv pair。只有做到这点,服务网格才能实现无差别地透传用户自定义的header,从而支持无侵入式全链路A/B Test功能。
那么该怎样实现呢?
1.2 社区现状
前面已经说明,在header无法透传的情况下,单纯地配置VirtualService的header匹配是无法实现这个功能的。
但是,在VirtualService中是否存在其他配置,可以实现header透传呢?如果存在,那么单纯使用VirtualService,代价是最小的。
经过各种尝试(包括精心配置header相关的set/add),我发现无法实现。原因是VirtualService对header的干预发生在inbound阶段,而透传是需要在outbound阶段干预header的。而微服务workload没有能力对凭空出现的header值进行透传,因此在路由到下一个服务时,这个header就会丢失。
因此,我们可以得出一个结论:无法单纯使用VirtualService实现无侵入式全链路A/B Test,进一步地说,社区提供的现有配置都无法做到直接使用就能支持这个功能。
那么,就只剩下EnvoyFilter这个更高级的配置了。这是我们一开始很不希望的结论。原因有两个:
1.3 实现方案
接下来进入技术选型。我用一句话来概括:
我们使用Rust开发一个WASM,在outbound阶段,获取用户在EnvoyFilter中定义的header并向后传递。
WASM包的分发使用Kubernetes的configmap存储,Pod通过annotation中的定义获取WASM配置并加载。(为什么使用这种分发形式,后面会讲。)
本节所述的相关代码:
https://github.com/AliyunContainerService/rust-wasm-4-envoy/tree/master/propagate-headers-filter
2.1 使用RUST实现WASM
1 定义依赖
WASM工程的核心依赖crates只有一个,就是proxy-wasm,这是使用Rust开发WASM的基础包。此外,还有用于反序列化的包serde_json和用于打印日志的包log。Cargo.toml定义如下:
[dependencies]
proxy-wasm = "0.1.3"
serde_json = "1.0.62"
log = "0.4.14"
2 定义构建
WASM的最终构建形式是兼容c的动态链接库,Cargo.toml定义如下:
[lib]
name = "propaganda_filter"
path = "src/propagate_headers.rs"
crate-type = ["cdylib"]
3 Header透传功能
首先定义结构体如下,head_tag_name是用户自定义的header键的名称,head_tag_value是对应值的名称。
struct PropagandaHeaderFilter {
config: FilterConfig,
}
struct FilterConfig {
head_tag_name: String,
head_tag_value: String,
}
{proxy-wasm}/src/traits.rs中的trait HttpContext定义了on_http_request_headers方法。我们通过实现这个方法来完成Header透传的功能。
impl HttpContext for PropagandaHeaderFilter {
fn on_http_request_headers(&mut self, _: usize) -> Action {
let head_tag_key = self.config.head_tag_name.as_str();
info!("::::head_tag_key={}", head_tag_key);
if !head_tag_key.is_empty() {
self.set_http_request_header(head_tag_key, Some(self.config.head_tag_value.as_str()));
self.clear_http_route_cache();
}
for (name, value) in &self.get_http_request_headers() {
info!("::::H[{}] -> {}: {}", self.context_id, name, value);
}
Action::Continue
}
}
第3-6行是获取配置文件中用户自定义的header键值对,如果存在就调用set_http_request_header方法,将键值对写入当前header。
第7行是对当前proxy-wasm实现的一个workaround,如果你对此感兴趣可以阅读如下参考:
2.2 本地验证(基于Envoy)
使用如下命令构建WASM工程。需要强调的是wasm32-unknown-unknown这个target目前只存在于nightly中,因此在构建之前需要临时切换构建环境。
rustup override set nightly
cargo build --target=wasm32-unknown-unknown --release
构建完成后,我们在本地使用docker compose启动Envoy,对WASM功能进行验证。
本例需要为Envoy启动提供两个文件,一个是构建好的propaganda_filter.wasm,一个是Envoy配置文件envoy-local-wasm.yaml。示意如下:
volumes:
- ./config/envoy/envoy-local-wasm.yaml:/etc/envoy-local-wasm.yaml
- ./target/wasm32-unknown-unknown/release/propaganda_filter.wasm:/etc/propaganda_filter.wasm
Envoy支持动态配置,本地测试采用静态配置:
static_resources:
listeners:
- address:
socket_address:
address: 0.0.0.0
port_value: 80
filter_chains:
- filters:
- name: envoy.filters.network.http_connection_manager
...
http_filters:
- name: envoy.filters.http.wasm
typed_config:
"@type": type.googleapis.com/udpa.type.v1.TypedStruct
type_url: type.googleapis.com/envoy.extensions.filters.http.wasm.v3.Wasm
value:
config:
name: "header_filter"
root_id: "propaganda_filter"
configuration:
"@type": "type.googleapis.com/google.protobuf.StringValue"
value: |
{
"head_tag_name": "custom-version",
"head_tag_value": "hello1-v1"
}
vm_config:
runtime: "envoy.wasm.runtime.v8"
vm_id: "header_filter_vm"
code:
local:
filename: "/etc/propaganda_filter.wasm"
allow_precompiled: true
...
Envoy的配置重点关注如下3点:
执行如下命令启动docker compose:
docker-compose up --build
请求本地服务:
curl -H "version-tag":"v1" "localhost:18000"
此时Envoy的日志应有如下输出:
proxy_1 | [2021-02-25 06:30:09.217][33][info][wasm] [external/envoy/source/extensions/common/wasm/context.cc:1152] wasm log: ::::create_http_context head_tag_name=custom-version,head_tag_value=hello1-v1
proxy_1 | [2021-02-25 06:30:09.217][33][info][wasm] [external/envoy/source/extensions/common/wasm/context.cc:1152] wasm log: ::::head_tag_key=custom-version
...
proxy_1 | [2021-02-25 06:30:09.217][33][info][wasm] [external/envoy/source/extensions/common/wasm/context.cc:1152] wasm log: ::::H[2] -> custom-version: hello1-v1
WASM的分发是指将WASM包存储于一个分布式仓库中,供指定的Pod拉取的过程。
虽然这种方式不是WASM分发的终态,但是因为它较为容易理解且适合简单的场景,本例最终选择了这个方案作为示例讲解。虽然configmap的本职工作不是存WASM的,但是configmap和Envoy的local模式都很成熟,两者结合恰能满足当前需求。
阿里云服务网格ASM产品已经提供了这种类似的方式,具体可以参考 为Envoy编写WASM Filter并部署到ASM中。
要把WASM包塞到配置中,首要考虑的是包的尺寸。我们使用wasm-gc进行包裁剪,示意如下:
ls -hl target/wasm32-unknown-unknown/release/propaganda_filter.wasm
wasm-gc ./target/wasm32-unknown-unknown/release/propaganda_filter.wasm ./target/wasm32-unknown-unknown/release/propaganda-header-filter.wasm
ls -hl target/wasm32-unknown-unknown/release/propaganda-header-filter.wasm
执行结果如下,可以看到裁剪前后,包的尺寸对比:
-rwxr-xr-x 2 han staff 1.7M Feb 25 15:38 target/wasm32-unknown-unknown/release/propaganda_filter.wasm
-rw-r--r-- 1 han staff 136K Feb 25 15:38 target/wasm32-unknown-unknown/release/propaganda-header-filter.wasm
创建configmap:
wasm_image=target/wasm32-unknown-unknown/release/propaganda-header-filter.wasm
kubectl -n $NS create configmap -n $NS propaganda-header --from-file=$wasm_image
为指定Deployment打Patch:
patch_annotations=$(cat config/annotations/patch-annotations.yaml)
kubectl -n $NS patch deployment "hello$i-deploy-v$j" -p "$patch_annotations"
patch-annotations.yaml如下:
spec:
template:
metadata:
annotations:
sidecar.istio.io/userVolume: ‘[{"name":"wasmfilters-dir","configMap": {"name":"propaganda-header"}}]‘
sidecar.istio.io/userVolumeMount: ‘[{"mountPath":"/var/local/lib/wasm-filters","name":"wasmfilters-dir"}]‘
Envoy同时支持local和remote形式的资源定义。对比如下:
vm_config:
runtime: "envoy.wasm.runtime.v8"
vm_id: "header_filter_vm"
code:
local:
filename: "/etc/propaganda_filter.wasm"
vm_config:
runtime: "envoy.wasm.runtime.v8"
code:
remote:
http_uri:
uri: "http://*.*.*.216:8000/propaganda_filter.wasm"
cluster: web_service
timeout:
seconds: 60
sha256: "da2e22*"
remote方式是最接近原始Enovy的,因此这种方式本来是本例的首选。但是实测过程中发现在包的hash校验上存在问题,详见下方参考。并且,Envoy社区的大牛周礼赞反馈我说remote不是Envoy支持WASM分发的未来方向。因此,本例最终放弃这种方式。
ORAS是OCI Artifacts项目的参考实现,可显著简化OCI注册表中任意内容的存储。
使用ORAS客户端或者API/SDK的方式将具有允许的媒体类型的Wasm模块推送到注册库(一个OCI兼容的注册库)中,然后通过控制器将Wasm Filter部署到指定工作负载对应的Pod中,以Local的方式进行挂载。
阿里云服务网格ASM产品中提供了对WebAssembly(WASM)技术的支持,服务网格使用人员可以把扩展的WASM Filter通过ASM部署到数据面集群中相应的Envoy代理中。通过ASMFilterDeployment Controller组件, 可以支持动态加载插件、简单易用、以及支持热更新等能力。具体来说,ASM产品提供了一个新的CRD ASMFilterDeployment以及相关的controller组件。这个controller组件会监听ASMFilterDeployment资源对象的情况,会做2个方面的事情:
具体可以参考:基于Wasm和ORAS简化扩展服务网格功能。
后续的实践分享将会使用这种方式进行WASM的分发,敬请期待。
类似地,业界其他友商也在推进这种方式,特别是Solo.io提供了一整套WASM的开发框架wasme,基于该框架可以开发-构建-分发WASM包(OCI image)并部署到Webassembly Hub。这个方案的优点很明显,完整地支持了WASM的开发到上线的生命周期。但这个方案的缺点也非常明显,wasme的自包含导致了很难将其拆分,并扩展到solo体系之外。
阿里云服务网格ASM团队正在与包括solo在内的业界相关团队交流如何共同推进Wasm filter的OCI规范以及相应的生命周期管理,以帮助客户可以轻松扩展Envoy的功能并将其在服务网格中的应用推向了新的高度。
WASM分发到Kubernetes的configmap后,我们可以进行集群验证了。示例(源代码)包含3个Service:hello1-hello2-hello3,每个服务包含2个版本:v1/en和v2/fr。
每个Service配置了VirtualService和DestinationRule用来定义匹配Header并路由到指定版本。
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
name: hello2-vs
spec:
hosts:
- hello2-svc
http:
- name: hello2-v2-route
match:
- headers:
route-v:
exact: hello2v2
route:
- destination:
host: hello2-svc
subset: hello2v2
- route:
- destination:
host: hello2-svc
subset: hello2v1
----
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: DestinationRule
metadata:
name: hello2-dr
spec:
host: hello2-svc
subsets:
- name: hello2v1
labels:
version: v1
- name: hello2v2
labels:
version: v2
Envoyfilter示意如下:
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: EnvoyFilter
metadata:
name: hello1v2-propaganda-filter
spec:
workloadSelector:
labels:
app: hello1-deploy-v2
version: v2
configPatches:
- applyTo: HTTP_FILTER
match:
context: SIDECAR_OUTBOUND
proxy:
proxyVersion: "^1\\.8\\.*"
listener:
filterChain:
filter:
name: envoy.filters.network.http_connection_manager
subFilter:
name: envoy.filters.http.router
patch:
operation: INSERT_BEFORE
value:
name: envoy.filters.http.wasm
typed_config:
"@type": type.googleapis.com/udpa.type.v1.TypedStruct
type_url: type.googleapis.com/envoy.extensions.filters.http.wasm.v3.Wasm
value:
config:
name: propaganda_filter
root_id: propaganda_filter_root
configuration:
‘@type‘: type.googleapis.com/google.protobuf.StringValue
value: |
{
"head_tag_name": "route-v",
"head_tag_value": "hello2v2"
}
vm_config:
runtime: envoy.wasm.runtime.v8
vm_id: propaganda_filter_vm
code:
local:
filename: /var/local/lib/wasm-filters/propaganda-header-filter.wasm
allow_precompiled: true
携带header的请求curl -H "version:v1" "http://$
ingressGatewayIp:8001/hello/xxx"通过istio-ingressgateway进入,全链路按header值,进入服务的指定版本。这里,由于header中指定了version为v2,那么全链路将
为hello1 v2-hello2 v2-hello3 v2。效果如下图所示。
验证过程和结果示意如下。
for i in {1..5}; do
curl -s -H "route-v:v2" "http://$ingressGatewayIp:$PORT/hello/eric" >>result
echo >>result
done
check=$(grep -o "Bonjour eric" result | wc -l)
if [[ "$check" -eq "15" ]]; then
echo "pass"
else
echo "fail"
exit 1
fi
result:
Bonjour eric@hello1:172.17.68.205<Bonjour eric@hello2:172.17.68.206<Bonjour eric@hello3:172.17.68.182
Bonjour eric@hello1:172.17.68.205<Bonjour eric@hello2:172.17.68.206<Bonjour eric@hello3:172.17.68.182
Bonjour eric@hello1:172.17.68.205<Bonjour eric@hello2:172.17.68.206<Bonjour eric@hello3:172.17.68.182
Bonjour eric@hello1:172.17.68.205<Bonjour eric@hello2:172.17.68.206<Bonjour eric@hello3:172.17.68.182
Bonjour eric@hello1:172.17.68.205<Bonjour eric@hello2:172.17.68.206<Bonjour eric@hello3:172.17.68.182
我们看到,输出信息Bonjour eric来自各个服务的fr版本,说明功能验证通过。
新增EnvoyFilter+WASM后,功能验证通过,但这会带来多少延迟开销呢?这是服务网格的提供者和使用者都非常关心的问题。本节将对如下两个关注点进行验证。
Lua的实现可以直接写到EnvoyFilter中,无需独立的工程。示例如下:
patch:
operation: INSERT_BEFORE
value:
name: envoy.lua
typed_config:
"@type": type.googleapis.com/envoy.extensions.filters.http.lua.v3.Lua
inlineCode: |
function envoy_on_request(handle)
handle:logInfo("[propagate header] route-v:hello3v2")
handle:headers():add("route-v", "hello3v2")
end
hello-abtest 基准环境
hello-abtest-lua 增加EnvoyFilter+LUA的环境
hello-abtest-wasm 增加EnvoyFilter+WASM的环境
本例使用hey作为压测工具。hey前身是boom,用来代替ab(Apache Bench)。使用相同的压测参数分别对三个环境进行压测。示意如下:
# 并发work数量
export NUM=2000
# 每秒请求数量
export QPS=2000
# 压测执行时常
export Duration=10s
hey -c $NUM -q $QPS -z $Duration -H "route-v:v2" http://$ingressGatewayIp:$PORT/hello/eric > $SIDECAR_WASM_RESULT
请关注hey压测结果文件,结果最后不能出现socket: too many open files,否则影响结果。可以使用ulimit -n $MAX_OPENFILE_NUM命令配置,然后再调整压测参数,以确保结果的准确性。
我们从三份结果报告中选取4个关键指标,如下图所示:
注:相比LUA版本,WASM的实现是一套代码多份配置。因此WASM的执行过程还比LUA多出一个获取配置变量的过程。
4.1 如何使用
本文从技术实现角度,讲述了如何实现并验证一个透传用户自定义Header的WASM,从而支持无侵入式全链路A/B Test这个需求。
但是,作为服务网格的使用者,如果按照本文一步步去实现,是非常繁琐且容易出错的。
阿里云服务网格ASM团队正在推出一种ASM插件目录的机制,用户只需在插件目录中选择插件,并为插件提供自定义的Header等极少数量的kv配置,即可自动生成和部署相关的EnvoyFilter+WASM+VirtualService+DestinationRule。
4.2 如何扩展
本例只展示了基于Header的匹配路由功能,如果我们希望根据Query Params进行匹配和路由该如何扩展呢?
这是ASM插件目录正在密切关注的话题,最终插件目录将提供最佳实践。
以上。
作者:六翁
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