本文分享自华为云社区《基于istio实现单集群地域故障转移》，作者：可以交个朋友。
一 背景
随着应用程序的增长并变得更加复杂，微服务的数量也会增加，失败的可能性也会增加。微服务的故障可能多种原因造成，例如硬件问题、网络延迟、软件错误，甚至人为错误。故障转移 Failover 是系统韧性设计中的一个基础能力，它们可以确保系统在出现故障时能够继续运行，并且能够在最小化的影响下进行恢复，减少或者消除对使用方或最终用户的影响，从而提高整个系统对外的可用性。
二 简介
云原生 K8s、istio 默认使用 node 上特定 label 作为地域信息：
地区：代表较大的地理区域，例如 us-east。一个地区通常包含许多可用区。 在 Kubernetes 中，标签 topology.kubernetes.io/region 决定了节点所在的地区。
区域：区域内的一组计算资源。通过在区域内的多个区域中运行服务，可以在区域内的区域之间进行故障转移， 同时保持最终用户的数据地域性。在 Kubernetes 中，标签 topology.kubernetes.io/zone 决定了节点所在的区域。
分区：允许管理员进一步细分区域，以实现更细粒度的控制，例如“相同机架”。 Kubernetes 中不存在分区的概念。所以 Istio 引入了自定义节点标签 topology.istio.io/subzone 来定义分区。
kubectl describe node xxx |grep topo
如下图所示演示环境，helloworld 作为服务端有多个实例分别部署在不同 zone 中（不同 zone 节点 topology.kubernetes.io/zone 的 label 不同）。通过 istio 的 destinationrule 中 localityLbSetting.failover（故障转移策略）和 outlierDetection（故障异常点检测），可以实现客户端业务访问 helloworld 服务时候，优先访问与客户端同可用区的服务端，当同可用区的 helloworld 服务端全部故障后，再访问指定可用区的服务端，实现故障转移。
三 实战演练
事先准备好 kubernetes+istio 作为操作环境。可用华为云 CCE 和 ASM 服务进行操作。
3.1 部署服务端
1.创建 sample 命名空间，并设置 istio-proxy sidecar 自动注入
apiVersion: v1kind: Namespacemetadata: name: sample labels: istio-injection: enabled
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2.部署 helloworld 服务 作为服务端
将根据以下脚本生成对 yaml 配置清单
#!/bin/bash
set -euo pipefail
display_usage() { echo echo "USAGE: ./gen-helloworld.sh [--version] [--includeService value] [--includeDeployment value]" echo " -h|--help: Prints usage information" echo " --version: Specifies the version that will be returned by the helloworld service, default: 'v1'" echo " --includeService: If 'true' the service will be included in the YAML, default: 'true'" echo " --includeDeployment: If 'true' the deployment will be included in the YAML, default: 'true'"}
INCLUDE_SERVICE=${INCLUDE_SERVICE:-"true"}INCLUDE_DEPLOYMENT=${INCLUDE_DEPLOYMENT:-"true"}SERVICE_VERSION=${SERVICE_VERSION:-"v1"}while (( "$#" )); do case "$1" in -h|--help) display_usage exit 0 ;;
--version) SERVICE_VERSION=$2 shift 2 ;;
--includeService) INCLUDE_SERVICE=$2 shift 2 ;;
--includeDeployment) INCLUDE_DEPLOYMENT=$2 shift 2 ;;
*) echo "Error: Unsupported flag $1" >&2 display_usage exit 1 ;; esacdone
SERVICE_YAML=$(cat <<EOFapiVersion: v1kind: Servicemetadata: name: helloworld labels: app: helloworld service: helloworldspec: ports: - port: 5000 name: http selector: app: helloworldEOF)
DEPLOYMENT_YAML=$(cat <<EOFapiVersion: apps/v1kind: Deploymentmetadata: name: helloworld-${SERVICE_VERSION} labels: app: helloworld version: ${SERVICE_VERSION}spec: replicas: 1 selector: matchLabels: app: helloworld version: ${SERVICE_VERSION} template: metadata: labels: app: helloworld version: ${SERVICE_VERSION} spec: affinity: nodeAffinity: requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: nodeSelectorTerms: - matchExpressions: - key: topology.istio.io/subzone operator: In values: - ${SERVICE_VERSION}
containers: - name: helloworld env: - name: SERVICE_VERSION value: ${SERVICE_VERSION} image: docker.io/istio/examples-helloworld-v1 resources: requests: cpu: "100m" imagePullPolicy: IfNotPresent ports: - containerPort: 5000EOF)
OUT=""
# Add the service to the output.if [[ "$INCLUDE_SERVICE" == "true" ]]; then OUT="${SERVICE_YAML}"fi
# Add the deployment to the output.if [[ "$INCLUDE_DEPLOYMENT" == "true" ]]; then # Add a separator if [[ -n "$OUT" ]]; then OUT+="---" fi OUT+="${DEPLOYMENT_YAML}"fi
echo "$OUT"
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执行脚本: for LOC in "beijing" "tianjin" "shenyang"; do ./genHelloWorld.sh --version "$LOC" > "helloworld-${LOC}.yaml"; done 将会生成 yaml 配置清单，应用到集群即可。
kubectl apply -f helloworld-xxx.yaml -n sample
3.2 部署客户端
kubectl apply -f sleep.yaml -n sample
# Sleep service##################################################################################################apiVersion: v1kind: ServiceAccountmetadata: name: sleep---apiVersion: v1kind: Servicemetadata: name: sleep labels: app: sleep service: sleepspec: ports: - port: 80 name: http selector: app: sleep---apiVersion: apps/v1kind: Deploymentmetadata: name: sleepspec: replicas: 1 selector: matchLabels: app: sleep template: metadata: labels: app: sleep spec: terminationGracePeriodSeconds: 0 serviceAccountName: sleep containers: - name: sleep image: curlimages/curl command: ["/bin/sleep", "infinity"] imagePullPolicy: IfNotPresent volumeMounts: - mountPath: /etc/sleep/tls name: secret-volume volumes: - name: secret-volume secret: secretName: sleep-secret optional: true---
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查看客户端中的存储的 cluster 信息
kubectl exec -it sleep-xxx -c istio-proxy -n sample -- curl localhost:15000/clusters 可以看到 cluster 信息中包含了实例的 PodIP 和位置信息
3.3 配置服务端地域故障转移规则
istio 的流量治理一般都是通过 virtualservice、destinationrule 、envoyfilter 等来实现，其中地域故障转移是通过 destinationrule 配置实现的。因为在 destinationrule 中可以配置 outerlineDecetion 进行异常点检测，只有检测到异常后，才会进行故障转移。kubectl apply -f xxx.yaml
apiVersion: networking.istio.io/v1beta1kind: DestinationRulemetadata: name: helloworld namespace: samplespec: host: helloworld.sample.svc.cluster.local trafficPolicy: connectionPool: http: maxRequestsPerConnection: 1 loadBalancer: simple: ROUND_ROBIN localityLbSetting: #开启地域负载均衡 enabled: true failover: #配置故障转移策略，failover主要控制Region等上层位置的切换 - from: cn-north-4 to: cn-south-1 outlierDetection: #异常点检测 consecutive5xxErrors: 1 interval: 1s baseEjectionTime: 1m
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以上治理策略表示：
异常点检测：当某个客户端访问 helloworld 服务时，客户端对应的 envoy 会根据本次访问 HTTP 状态码对转发的服务端进行故障检测，故障检测条件为当发生 1 次 5xx 错误时实例就会被隔离 1m。
故障隔离：当指定 region 的所有后端实例均不正常，触发故障转移到下一个地域，确保了超出地区边界的故障转移将具有可预测的行为。如果位于 cn-north-4 region 的实例异常，流量就会发往 cn-south-1 region 的实例。
3.4 验证地域负载均衡
通过位于 cn-north-4/cn-north-4b/tianjin 的 Sleep Pod 多次调用 HelloWorld 服务，均访问成功。
同时可以发现服务端响应的 Pod 总是同一个
查看 sleep 实例的 proxy 日志，通过日志中的 %UPSTREAM_HOST%字段(红框标准)172.16.0.136，可以看到 5 个请求均被发送到相同的子区域 helloworld 实例（Pod IP 为 172.16.0.136）。
这是因为 istio 考虑到网络开销，部署在 region1/zone1 上的 sleep 实例 大多时候只会访问部署在同 Region 同 Zone 的 helloworld 实例。
3.5 验证地域故障转移
首先模拟故障,通过下述命令 向 enovy 的 admin port 发送请求，关闭 envoy 的 listener 。enovy 收到请求后，会取消端口监听，不再接收新的连接和请求。
kubectl exec helloworld-tianjin-xxx -n sample -c istio-proxy -- curl -sSL -X POST 127.0.0.1:15000/drain_listeners
再次通过位于 cn-north-4/cn-north-4b/tianjin 的 Sleep Pod 多次调用 HelloWorld 服务。
可以发现 4 个请求被以轮询的方式发往 cn-north-4/cn-north-4b/beijing 和 cn-north-4/cn-north-4b/shenyang 的 helloworld 实例。以上结果说明，在一个区域的服务实例发生故障时，可根据配置，将请求路由到其它地域的服务实例进行处理，增强服务的可靠性。在实践中可通过 From、To 配置 region 地区信息，控制在不同地区的实例上进行故障转移。
四 备注
关于地域负载均衡的配置 failover 主要控制的是跨 region 的场景，因为位于 region 内的 zone 或者 subzone 上的实例默认就可以切换流量。本文档的实践主要是在 region 内进行操作的，所以不能演示完整的跨地域故障转移。一般也多用在多集群的治理环境中。
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