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Dubbo-go-Mesh 开启新一代 Go 微服务形态 原创

作者 |  李志信 

一、什么是 Proxyless Service-Mesh (无代理服务网格) ?

1.Service Mesh 简析

Istio 是当今最流行的开源服务网格。它由控制平面和数据平面构成,其架构如下(图片摘自 Istio官网)。

位于图中下半部分的控制平面负责配置、服务信息、证书等资源的下发。位于上半部分的数据平面关注业务之间的通信流量;传统服务网格通过代理的方式拦截所有的业务网络流量,代理需要感知到控制平面下发的配置资源,从而按照要求控制网络流量的走向。

在 Istio 环境中,其控制平面是一个名为 istiod 的进程,网络代理是 envoy 。istiod 通过监听 K8S 资源 例如Service、Endpoint 等,获取服务信息,并将这些资源统一通过 XDS 协议下发给位于数据平面的网络代理。envoy 是一个独立的进程,以 sidecar(边车)的形式伴随业务应用 Pod 运行,他与应用进程共用同一个主机网络,并通过修改路由表的方式,劫持业务应用的网络流量。

Service Mesh 可以解决微服务场景下的众多问题,随着集群规模的扩大与业务复杂度的增长,基于原生 k8s 的容器编排方案将会难以应付,开发人员不得不面对巨大的服务治理挑战。而 Service Mesh 很好地解决了这一问题,它将服务治理需求封装在了控制平面与代理中,业务开发人员只需要关注于业务逻辑。在应用部署之后,只需要运维人员通过修改配置,即可实现例如故障恢复、负载均衡、灰度发布等功能,这极大地提高了研发和迭代效率。

Istio 的 sidecar 通过容器注入的形式伴随业务应用进程的整个生命周期,对于业务应用是毫无侵入的,这解决了业务应用可迁移、多语言、基础架构耦合等问题。但这也带来了高资源消耗、请求时延增长的问题。

Service 为服务治理提供了一个很好的思路,将基础架构与业务逻辑解耦,让应用开发人员只需关注业务。另一方面,由于 sidecar 的弊端,我们可以考虑使用 sdk 的形式,来替代 sidecar 支撑起数据平面。

2.Proxyless Service-Mesh

无代理服务网格,是2018年谷歌提出的一个新的概念,Isito、gRPC、brpc 等开源社区都在这一方向进行了探索和实践。无代理服务网格框架以 SDK 的形式被业务应用引入,负责服务之间的通信、治理。来自控制平面的配置直接下发至服务框架,由服务框架代替上述 sidecar 的功能。

在无代理服务网格场景下,服务框架(SDK)的主要能力可以概括为以下三点:

  • 对接控制平面,监听配置资源。
  • 对接应用,为开发者提供方便的接口。
  • 对接网络,根据资源变动,响应流量规则。

3.Proxyless 的优缺点

我认为优点如下:

  • 性能:无代理模式的网络调用为点对点的直接通信,网络时延会比代理模式小很多。
  • 稳定性:proxyless 的模式是单进程,拓扑简单,便于调试,稳定性高。
  • 框架集成:市面上已有众多 sdk 模式的服务框架,切换至 mesh 后便于复用框架已有能力
  • 资源消耗:没有 sidecar,资源消耗低。

当然,缺点也有很多:

  • 语言绑定:需要开发多种语言的 sdk
  • 可迁移性低:无法通过切换 sidecar 的形式来无侵入地升级基础设施。

总体来讲,我认为 Proxyless 架构以其高性能、高稳定性的特点,更适合与生产环境使用。

二、Dubbo-go 与 Proxyless Service-Mesh

1.Dubbo-go 的能力

Apache/Dubbo-go (github.com/apache/dubbo-go),是一款分布式 RPC 框架,是 Apache/Dubbo 的 Go 语言实现。旨在为开发者提供便利的微服务应用开发体验。Dubbo-go 生态为 Go 开发者提供了敏捷的微服务编程接口、配置管理方案、服务治理方案、以及一系列工具与脚手架,开发人员可以使用框架提供的能力快速开发自己的微服务应用。

2.Dubbo-go 在 Proxyless Service-Mesh 场景的设计

服务注册发现

Dubbo-go 本身拥有可扩展的服务注册发现能力,我们为 service mesh 场景适配了注册中心的实现。开发人员可以将 dubbo-go 应用的信息注册在 istiod 控制平面上。客户端应用可以查询已经注册的接口数据,完成服务发现过程。

归因于 Java 的编程习惯,Dubbo-go 生态框架的服务注册方式都是接口级别的。即客户端只需要引入接口,即可发起调用,而无需关心下游的应用名、主机名、IP 地址等信息。与之相对的是应用级别的服务注册发现,主流微服务框架更多这种形式的服务调用方式,例如 gRPC、K8S、Istio,应用级服务发现对应到 mesh 场景下,我认为叫 “主机级别服务发现”更合适,这种调用方式需要客户端在引入接口的同时,还需引入下游的主机名和端口号。熟悉 gRPC-go 的同学一定很清楚,除了引入 pb 接口,还需要在创建客户端时调用 gRPC.Dial("xxx") 建立网络连接。而这里的 xxx 就是下游的主机名和端口号,这种服务发现的类型和用户编程习惯,导致了 gRPC 较为轻松地实践了 Proxyless Service Mesh。

关于应用级服务发现与接口级服务发现的区别和 dubbo 生态的解决方案,本文中不多赘述,可以参考刘军前辈写的文章文章《Dubbo 迈出云原生重要一步 应用级服务发现解析》简单来说,应用级服务发现需要开发者关心接口之外还要关心应用名,注册中心的冗余信息较少;接口级服务发现开发者只需要引入接口名,但注册中心的冗余信息较多。

熟悉 Dubbo-go、Dubbo 生态的用户,不习惯于在编程的过程中指定下游主机名,更希望以接口引入的方式,直接发起 RPC 调用,而不需关心究竟这个接口被哪个应用实现,运行在哪台主机、哪个虚拟集群上。

Dubbo-go 为了融入 Istio 体系,将扩展出来的注册发现流程进行了特殊改造。在复用 Istio 提供的 EDS、CDS 主机发现的能力之外,增加了接口名到主机名的映射,作为源数据注册在了控制平面上。客户端在发起调用前持有接口名,通过查询istiod 上的元数据信息,拿到接口名到主机名到映射,转换为主机名;再通过EDS、CDS和路由,完成主机名到下游端点实例的转换。完成服务发现流程。

下面用一个更详细的例子来说明服务发现过程:

  • 开发人员使用 dubbogo-cli 工具创建应用模板,发布 Deployment / Service pair 到集群中。
  • 服务端拉取全量 CDS 和 EDS 数据,比对本机 IP,拿到当前应用的的主机名。并将本应用的所有接口名到主机名的映射,注册在 Istiod 上面。
  • 客户端从 istiod 拉取全量接口名到主机名的映射,缓存在本地。当需要发起调用时,查询本地缓存,将接口名转换为主机名,再通过CDS 和 EDS 拉取到当前 cluster 所对应的全量端点。
  • 全量端点经过 Dubbo-go 内置的 Mesh Router,筛选出最终的端点子集,并按照配置的负载均衡策略进行请求。
  • 开发人员或者第三方组件,通过操作 K8S 资源,控制 Dubbo-go 流量。

纵观这一过程,开发人员全程只需要关注接口即可,完全无需关心主机名和端口信息。即服务端开发者只需要实现pb接口,使用框架暴露出来;客户端开发者只需要引入pb接口,直接发起调用即可,可以跟随本文第四部分的教程来动手实验一下。

流量治理

Dubbo-go 拥有路由能力,通过 xds 协议客户端从 istiod 订阅路由配置,并实时更新至本地路由规则,从而实现服务的管理。Dubbo-go 兼容 Istio 生态的流量治理规则,可以通过配置 Virtual Service 和 Destination Rule,将打标的流量路由至指定子集,也可以在灰度发布、切流等场景进行更深入地使用。

云原生脚手架

dubbogo-cli 是 Apach/dubbo-go 生态的子项目,为开发者提供便利的应用模板创建、工具安装、接口调试等功能,以提高用户的研发效率。

可以执行以下指令安装dubbogo-cli 至 $GOPATH/bin

go install github.com/dubbogo/dubbogo-cli@latest

dubbogo-cli 支持以下能力:

  • 应用模板创建
  • Demo 创建
  • 编译、调试工具安装
  • 查看 dubbo-go 应用注册信息
  • 调试 dubbo-go 应用接口
  • 使用应用模板的开发流程
  • 通过 dubbogo-cli 生成模板
  • 修改api/api.proto
  • make proto-gen
  • 开发接口
  • 修改 makefile 内镜像名和发布名
  • 打镜像并推送
  • 修改chart/app/values 内与部署相关的value配置
  • make deploy, 使用 helm 发布应用。

详情可以参阅 dubbogo-cli 文档[1]。

三、Dubbo-go-Mesh 的优势

1.接口级服务发现

前文介绍到了通过接口级服务注册发现的优势,即开发人员无需关心下游主机名和端口号,只需要引入接口存根,或实现接口,通过框架启动即可。

2.高性能

我们在 k8s 集群内部署 Istio 环境,分别测试了 sidecar 模式的 gRPC 服务调用和 Proxyless 模式的 dubbo-go 应用服务调用。发现 proxyless 在请求耗时方面比 sidecar 模式少一个数量级,即性能提升十倍左右。

3.跨生态

Dubbo-go 是一个横跨多个生态的服务框架。

mesh 生态开发人员可以使用 Dubbo-go 进行应用开发的同时,使用 Istio 生态所提供的强大能力。

  • gRPC 生态

Dubbo-go 支持与 gRPC 服务互通,HTTP2 协议栈。

Dubbo-go 默认使用 pb 序列化方式,高性能。

  • Dubbo 生态

多语言优势,可以实现 go-java 应用互通。

兼容 pixiu 网关,方便地进行服务的暴露和协议转换。

使用 Dubbo-go 生态组件。

四、动手体验 Dubbo-go-Mesh

Dubbo-go 目前已支持兼容 Istio 的服务治理能力。支持基于 Istio 的接口级服务发现能力,兼容 Istio 生态的流量控制和管理能力,并且提供了脚手架和应用模板以提高 Go 应用开发效率。

您可参考文档 【Dubbo-go 文档 - Mesh 任务】[2],动手搭建一组 Dubbo-go Mesh 应用。

在这组任务中,开发者会从部署 Istio 环境开始,到创建应用模板、构建应用、发布应用、实现服务发现和 RPC、到最终完成流量规则动态配置,观察流量切换。对框架用户有较高的参考意义。

五、展望

Proxyless Service Mesh 能力将跟随 Dubbo-go 下一版本发布,稳定的性能需要社区成员们共同的关注与建设。在此基础之上,我们还会进一步探索轻量级 sdk + sidecar的模型;探索基于第三方流量治理组件的金丝雀发布能力;探索基于 dubbo 服务框架的多语言 sevice mesh、与更丰富的 mesh 生态组件兼容。

Dubbo-go 也将继续在云原生的方向前进,继续发掘云计算时代技术红利,与开发者同在。

[1]:https://dubbogo.github.io/zh-cn/docs/user/refer/use_dubbogo_cli.html[2]:https://dubbogo.github.io/zh-cn/docs/user/tasks/mesh/app.html

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