文｜田阳 （花名：烈元）
MOSN Maintainer
专注云原生等技能范畴
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1.背景
Service Mesh被越来越多的公司认可并实践，在实践落地过程中也遇到了形形色色的问题，同时架构也在继续演进去处理这些问题：有的从初始的 DaemonSet mode 转变为 Sidecar mode，如 Linkerd ；有的从做 CNI 延伸到 Service Mesh 场景， 结合 eBPF 运用 DaemonSet mode，如 Cilium ；现在 Istio 也新增了 Ambient Mesh ，支撑 DaemonSet mode 作为其主推形式。
不难看出一个演进趋势便是围绕着是否需求 Sidecar 而打开，那么 Service Mesh 的下一站将会是 Sidecarless 吗？本文将对现在的社区趋势做一个简要剖析， 最后也将介绍蚂蚁在这方面的探究和实践。
2. 社区趋势
2.1 Cilium
Cilium[1]是现在最火的云原生网络技能之一，依据革命性的内核技能 eBPF，供给、维护和调查容器作业负载之间的网络连接。
在 6 月份，Cilium 发布了 1.12 版别，其间发布了 Service Mesh 才能、Sidecarless 架构，它供给了两种形式：
经过图表咱们能够发现：针对 L3/L4 的才能，Cilium 运用内核的 eBPF 直接支撑；关于 L7 的部分才能，将运用 DaemonSet 布置的 Envoy 来支撑。Cilium 以为大部分才能都不需求 L7 的参与，经过 eBPF 就能满意，所以 Cilium 也称自己为内核级服务网格。
针关于此 Cilium 也有一个解释，结合运用程序 TCPD 最终被合入 linux kernel 开展为 iptables 为例，以为 Mesh 也应该作为根底才能下沉到 linux kernel 作为网络的根底组件，就相似于 TCP，作为 Linux 的一部分通明地供给的服务。
在当需求 L7 署理才能的时分，会构建 DaemonSet Envoy 处理 L7 的才能。Envoy 也已经有了 Namespace 的开端概念，它们被称为监听器。监听器能够携带独自的装备并独立运转，从而能够支撑多租户的装备阻隔 (但现在还做不到资源和毛病的阻隔） 。
Cilium 以为 DaemonSet 比较 Sidecar 最明显的好处便是署理数大大削减，削减资源和办理本钱。
能够看出 Cilium Service Mesh 的开展历程是由下而上，从内核层慢慢向事务层扩展自己的服务鸿沟，由 eBPF 来支撑服务网络也是有一定的态度要素。但 eBPF 并不是银弹，DaemonSet mode 也是有一些其他的问题，收益和损失都是相对的。
2.2 Linkerd
当然，Cilium 这个架构也不乏有挑战者，其间来头最大的便是Linkerd[2] （Service Mesh 概念的提出者） 的创始人 William Morgan ，比较有意思的是 Linkerd 最开端的架构是 DaemonSet mode ，在后面的版别才换成 Sidecar mode ，关于此，作为逆行者的他应该最有发言权。
在 William Morgan 的最新文章[3]中也客观提出了 eBPF 的一些局限性，为了确保 eBPF 的安全履行而不影响 kernel ，需求经过验证器验证是否有不正确的行为，这就导致 eBPF 的编写存在一定的潜规则，比方不能有无界循环；不能超过预设的巨细等，代码的杂乱性也就受到了一定约束。所以较杂乱的逻辑用 eBPF 来完成也是有较高的本钱的。
文章中也提到了 DaemonSet 的一些弊端：
– 资源办理不行评价：这取决于 K8s 调度多少 Pod 到该 Node；
– 阻隔性：一切运用共用一个 Proxy ，彼此影响稳定性；
– 爆破半径变大：影响整个 Node 的 Pod 实例；
– 安全问题更杂乱：比方 Proxy 保存有整个 Node 的秘钥。
简而言之，Sidecar 形式继续遵循了容器级别的阻隔维护 —— 内核能够在容器级别履行一切安全维护和公平的多租户调度。容器的阻隔仍然能够完美的运转，而 DaemonSet 形式却破坏了这一切，从头引入了争抢式的多租户阻隔问题。
当然他也以为 eBPF 能够更好的促进 Mesh 的开展，eBPF+Sidecar 的结合是 Mesh 的未来。
咱们也比较认可他关于 eBPF 的看法， eBPF 就像是一把瑞士军刀，小巧精深，作为胶水把各种网络数据面连接起来，供给根底网络才能，比方供给访问加速，通明绑架，网络可调查性等才能。但要开发杂乱的事务才能，在实操之后，感觉仍是有点无能为力。现在咱们团队也正在运用 eBPF 开发 K8s Service 和通明拦截等根底网络才能。
William Morgan 的说法看着也不无道理，咱们先不急着站队，再来看看 Istio 是怎么做的，看是否会有新的想法~
2.3 Istio
在 9 月份，Service Mesh 范畴的当家花旦 Istio 毫无预兆的发布了 Ambient Mesh ，并作为自己后续的主推架构，简略来讲便是把数据面从 Sidecar 中剥离出来独立布置，Sidecarless 架构，以彻底处理 Mesh 根底设施和运用布置耦合的问题。
比较猎奇 Istio 在没有经过社区讨论和落地案例的状况下，是怎样决策笃定这个新的架构方向的呢？
Istio 以为 Sidecar mode 存在如下三个问题：
– 侵入性
有必要经过修正运用程序的 Kubernetes pod spec 来将 Sidecar 署理 “注入” 到运用程序中，而且需求将 Pod 中运用的流量重定向到 Sidecar 。因此安装或升级 Sidecar 需求从头启动运用 Pod ，这对作业负载来说可能是破坏性的。
– 资源使用缺乏
由于每个 Sidecar 署理只用于其 Pod 中相关的作业负载，因此有必要针对每个 Pod 可能的最坏状况保守地装备 Sidecar 的 CPU 和内存资源。这导致了很多的资源预留，可能导致整个集群的资源使用缺乏。
– 流量中止
流量捕获和 HTTP 处理 通常由 Sidecar 完成，这些操作的计算本钱很高，而且可能会破坏一些完成和 HTTP 协议不完全兼容的运用程序。
Envoy 的创始人也来凑了个热闹，他对 Sidecar 架构也是颇有微词。
咱们在落地过程中也是遇到了相似的痛点，比方跟着机房规模和运用规模的变大，运用的连接数继续膨胀导致 CPU 和 MEM 资源占用也在继续添加，但这一切都不是运用本身想去关心的。
那么让咱们来解开 Ambient Mesh 架构真面目，是怎样来处理 Sidecar mode 的问题， 架构首要提出了分层：
从图中能够看出，跟 Cilium 有一些相似，这儿的两层数据面都是依据 Envoy 来构建的，Secure Overlay Layer 首要处理 L4 场景，DaemonSet 布置，L7 processing Layer 首要处理 L7 场景，以 gateway 形式经过 Pod 布置，一个运用布置一个 gateway。
图中的 ztunnel 便是 L4 （DaemonSet 布置） ，waypoint 便是 L7 （Pod 布置） ，L4 和 L7 都是可选的，能够依据事务场景灵活组合，比方没有 L7 的场景，直接就用 L4 即可。
注：图中的 ztunnel 便是L4 （DaemonSet布置） ，waypoint 便是 L7 （Pod 布置） 。
无形之中，Ambient Mesh 架构对 William Morgan 评论中的问题也做了一定的处理和辩驳：
– 资源评价
Istio 以为 L4 资源占用少，然后 L7 的资源占用是经过 Pod 布置，能够更好的弹性。
– 阻隔性
每个运用都将有一个 L7 集群，彼此不影响。
– 爆破半径
L4 逻辑简略相对比较稳定，L7 独立布置，也只影响自身运用。
– 安全问题
Istio 以为 Envoy 作为被世界上最大的网络运营商运用的久经考验的成熟软件，它呈现安全漏洞的可能性远低于与它一同运转的运用程序。DaemonSet 形式下，呈现安全问题时的影响范围并不比任何其他依靠每节点密钥进行加密的 CNI 插件差。有限的 L4 攻击面和 Envoy 的安全特性，Istio 觉得这种危险是有限和能够接受的。
针对 William Morgan 提到的 DaemonSet 添加了安全危险，咱们也持保留意见，就拿证书场景为例，在没有一致接入层 （南北向接入网关） 这个产品之前 （15 年前，还没有 K8s ） ，运用的 HTTPS 证书和私钥都是放在跟运用一同布置的 Tengine 上，就相似于 Sidecar 形式，但接入层诞生的一个原因恰恰便是为了会集办理证书和私钥来削减安全危险，经过证书和私钥的别离架构，私钥独自存放在愈加安全的 key 集群，而且经过 QAT 硬件加速，HTTPS 性能也愈加高效。
把 HTTPS 和 L7 服务办理才能从运用空间解耦出来下沉为根底设施，也让咱们有更多的时机去做会集的优化和演进，同时也对运用愈加通明，那个时代的以运用为中心。
一致接入层和现在 Service Mesh 的 DaemonSet mode 有着不少相似之处，DaemonSet mode 也能够以为是一个东西流量的 Node 接入层。
网络通信作为根底设施，和运用完全解耦后，能够更好的优化和演进，也能愈加通明高效的为运用供给相关根底才能，比方网络连接办理，可信身份，链路加密，流量镜像，安全阻隔，服务办理等，更好的以运用为中心。
从 Cilium 到 Linkerd，再到 Istio，几大社区彼此切磋，归根到底仍是大家的事务场景不一样，也或者是态度不一样。在安全性，稳定性，办理本钱，资源占用上，总是会有一个侧重点，这是需求依据不同的事务场景去选择，脱离事务场景谈架构，仍是比较空泛。
3. 下一站
没有最好的架构，只有最适合自己的架构，在大家的事务场景，你会选择 Sidecar ，仍是 Sidecarless ，你以为的下一站是什么呢？
下周咱们即将发布 《降本增效: 蚂蚁在 Sidecarless 的探究和实践》，一同来聊聊蚂蚁在这个方向的探究和演进，期待和大家的沟通~
4. 引证
[1]Cilium :
istio.io/latest/blog…
[2]Linkerd :
isovalent.com/blog/post/c…
[3]William Morgan 的最新文章:
buoyant.io/blog/ebpf-s…
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