探索 Gateway API 在 Service Mesh 中的工作机制

2023-09-08 微信公众号云原生指北

前几天 Gateway API 宣布在 0.8.0 中支持服务网格[1]，这意味着 GAMMA[2]（Gateway API for Mesh Management and Administration）有了新进展，虽然目前还是实验阶段。去年 6 月 Gateway API 发布 0.5.0 时，我还写了一篇 SMI 与 Gateway API 的 GAMMA 倡议意味着什么？[3]。如今，SMI 作为 sandbox 项目的年度审查已经过了几个月仍未提交[4]，唏嘘。

废话不多说，我们来看下 0.8.0 下的 Gateway API 如何在 Service Mesh 中工作。

TL;DR

Gateway API 对服务网格的支持仍然是实验阶段，但是已经有厂商跟进（当然也都是实验阶段）。

相比 Gateway API 处理南北向流量将路由绑定到 Gateway 资源[5] 相比，在网格中路由则是与 Service 进行绑定。简单理解成 Service 代理了 Gateway 的角色，不过该 Service 是目标 Service。

Gateway API 中的服务网格

要说服务网格，我们先来看下服务 Service。

抽象 Service

Service 中 Kube.NETes 中是一个独立的资源，这里说的抽象是从逻辑上进行抽象，抽象成前端和后端两部分。

前端（Frontend）通常就是 Service 的 DNS 名字或者 ClusterIP；后端（Backend）则是通过标签选择器选择的 Endpoint 或者 EndpointSlice。

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路由与服务

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把路由直接绑定到 Service 上，被认为是当下最优的选择。Service 与其他资源的耦合度太高，比如 IP 分配、DNS、端点集合、负载均衡等等，但在目前的网格设计中也是唯一的最优选择，未来会寻求更好的选择，比如 ServiceBinding（见后文）

这样做的好处呢，就是将服务的前后端分别与现在的 xRoute API 中的 parentRef 和 backendRef 关联，无需引入额外的 API。

不同的时候，在 xRoute API 中的 backendRef 也可以是一个 Service，但是最终在路由请求时，目标还是 Endpoint 或者 EndpointSlice，只不过他们与 parentRef 中的 Service 不是强关联的。

kind: HTTPRoute
metadata:
  name: smiley-route
  namespace: faces
spec:
  parentRefs:
    - name: smiley
      kind: Service
      group: core
      port: 80
  rules:
    ...

如果一个 Service 上配置了多个路由，匹配到多条路由的请求将被拒绝。

请求流程

客户端发送请求
网格数据面代理拦截请求
通过虚拟 IP 地址、DNS 主机名、或者名字来确认流量是属于哪个 Service（不会使用 xRoute 上的 hostname 字段）
如果 Service 没有配置路由，将使用请求的原始目的地进行转发
找到匹配的优先级最高（消费者路由高于生产者路由，见下文）的路由进行转发
如果配置了路由，但都无法匹配，则拒绝请求

路由的命名空间

为什么要提命名空间，是因为路由与服务在相同或者不同命名空间下所代表的含义不同。

同命名空间

路由 smiley-route 与 Service smiley 位于同一个命名空间 faces，该路由上设置了请求超时时间 100ms。这意味着，所有访问 Service smiley （来自任一命名空间下的任一工作负载）并匹配 smiley-route路由规则的请求，都受该超时配置的影响。

这种路由被称为生产者路由（Producer Route）[6]，影响目标为该服务的所有请求。

kind: HTTPRoute
metadata:
  name: smiley-route
  namespace: faces
spec:
  parentRefs:
  - name: smiley
    namespace: faces
    kind: Service
    group: core
    port: 80
  rules:
    ...
    timeouts:
      request: 100ms

不同命名空间

路由 smiley-route 与 Service smiley 位于不同的命名空间，与上面不同的是，所有访问 Service smiley（来自命名空间 fast-clients 下的任一工作负载）并匹配 smiley-route 路由规则的请求，都受该超时配置的影响。

这种路由被称为消费者路由（Consumer Route）[7]，影响同命名空间下访问木雕服务的所有请求。

kind: HTTPRoute
metadata:
  name: smiley-route
  namespace: fast-clients
spec:
  parentRefs:
  - name: smiley
    namespace: faces
    kind: Service
    group: core
    port: 80
  rules:
    ...
    timeouts:
      request: 100ms

图片

同一 Service 上的多个路由

这里的前提条件是这些路由都位于同一命名空间下，即同为生产者路由，或同为消费者路由。这种情况将会遵循路由合并规则[8] 多这个路由进行合并，如果要为同一命名空间下的多个工作负载配置不同的消费者路由，目前还无法实现。唯一的

比如下面定义了两个消费者路由 smiley-route-50 和 smiley-route-100

kind: HTTPRoute
metadata:
  name: smiley-route-50
  namespace: fast-clients
spec:
  parentRefs:
  - name: smiley
    namespace: faces
    kind: Service
    group: core
    port: 80
  rules:
    ...
    timeouts:
      request: 50ms
---
kind: HTTPRoute
metadata:
  name: smiley-route-100
  namespace: fast-clients
spec:
  parentRefs:
  - name: smiley
    namespace: faces
    kind: Service
    group: core
    port: 80
  rules:
    ...
    timeouts:
      request: 100ms

路由与策略

之前也写文介绍过 Gateway API 中的策略，有兴趣的可以看一下一文搞懂 Kubernetes Gateway API 的 Policy Attachment[9]。

在网格中策略附加可以非常简单。策略可以应用于任何命名空间中的任何资源，但如果目标位于不同的命名空间中，则它只能应用于来自同一命名空间的请求（跟随消费者路由的逻辑）。

图片

网格一致性测试

首先来看下何为一致性配置文件[10]：

Gateway API 会提供用于一致性测试的配置文件，在运行一致性测试可以选择这些配置文件。然后将一致性结果报告回网关 API 项目并获得认证（例如徽章）。除了测试核心的功能，也可以自主添加厂商的特定实现中的扩展功能进行测试。

这些 Gateway API 的实现会将测试报告提交到官方仓库的一致性测试报告目录[11] 中，可以作为大家选型时的依据之一。

目前有 HTTP、TLS、TLSPassthrough（基本上都是根据 xRoute 来进行组织，因此后续也会有 GRPC、TCP、UDP）。针对服务网格，也提出了 `mesh` 配置文件[12]。

官方博客[13] 中提到 Kuma 2.3+、Linkerd 2.14+、和 Istio 1.16+ 中的 Gateway API 实现已经全部通过 mesh一致性测试，但截止目前未看到测试报告，估计还在上传中。

参考资料

[1] Gateway API 宣布在 0.8.0 中支持服务网格: https://gateway-api.sigs.k8s.io/blog/2023/0829-mesh-support/#service-mesh-support-in-gateway-api

[2] GAMMA: https://gateway-api.sigs.k8s.io/concepts/gamma/

[3] SMI 与 Gateway API 的 GAMMA 倡议意味着什么？: https://atbug.com/why-smi-collaborating-in-gateway-api-gamma/

[4] 过了几个月仍未提交: https://Github.com/servicemeshinterface/smi-spec/issues/254

[5] Gateway 资源: https://gateway-api.sigs.k8s.io/references/spec/#gateway.networking.k8s.io/v1beta1.Gateway

[6] 生产者路由（Producer Route）: https://gateway-api.sigs.k8s.io/concepts/glossary#producer-route

[7] 消费者路由（Consumer Route）: https://gateway-api.sigs.k8s.io/concepts/glossary#consumer-route

[8] 路由合并规则: https://gateway-api.sigs.k8s.io/api-types/httproute#merging

[9] 一文搞懂 Kubernetes Gateway API 的 Policy Attachment: https://atbug.com/explore-k8s-gateway-api-policy-attachment/

[10] 一致性配置文件: https://gateway-api.sigs.k8s.io/geps/gep-1709/

[11] 官方仓库的一致性测试报告目录: https://github.com/kubernetes-sigs/gateway-api/tree/mAIn/conformance/reports

[12] mesh 配置文件: https://gateway-api.sigs.k8s.io/geps/gep-1686/

[13] 官方博客: https://gateway-api.sigs.k8s.io/blog/2023/0829-mesh-support/