如何使用Rancher 2.0在Kubernetes集群上部署Istio

Service mesh旨在解决云原生应用之间服务拓扑的连接问题。如果你想要构建云原生应用，那么就需要Service mesh。Istio是Service mesh中的一个明星项目，在Istio文档中对其有非常全面的介绍：https://istio.io/docs/concepts/what-is-istio/。Istio基于Envoy Proxy，是一个极其有前景的Service mesh解决方案，有多家科技巨头对其进行联合开发。

目前，Istio最适合Kubernetes，但未来也会支持其他平台。因此，为了部署Istio并且展示其功能，首先需要一个Kubernetes集群。满足这一条件之后，使用Rancher 2.0将十分容易。

前期准备
为了能够顺利demo，你需要做如下准备： 一个Google Cloud账号，免费的即可
一个Ubuntu 16.04实例（这将是Rancher实例的运行环境）
一个部署于Google Cloud Platform并且使用GKE服务的Kubernetes集群。本次demo使用的是1.10.5-gke.2版本
Istio 0.8.0（这是本文成稿时使用的版本，现在Istio 1.0已发布）
一般情况下，本教程中的步骤对于更新的版本也适用。 启动Rancher 2.0
首先，启动一个Rancher 2.0实例。关于如何启动Rancher 2.0，可以参考Rancher官网上的入门教程，非常简洁直观（https://rancher.com/quick-start/）。必要的步骤也会在下文中列出。 本文示例将使用Google Cloud Platform，所以我们首先启动一个Ubuntu实例并且通过Console 或者CLI（https://cloud.google.com/compute/docs/instances/create-start-instance）。使用HTTP和HTTPs协议与其通信。实现上述目的的命令如下：

gcloud compute --project=rancher-20 instances create rancher-20 \
--zone=europe-west2-a --machine-type=n1-standard-1 \
--tags=http-server,https-server --image=ubuntu-1604-xenial-v20180627 \
--image-project=ubuntu-os-cloud

gcloud compute --project=rancher-20 firewall-rules create default-allow-http \
--direction=INGRESS --priority=1000 --network=default --action=ALLOW \
--rules=tcp:80 --source-ranges=0.0.0.0/0 --target-tags=http-server

gcloud compute --project=rancher-20 firewall-rules create default-allow-https \
--direction=INGRESS --priority=1000 --network=default --action=ALLOW \
--rules=tcp:443 --source-ranges=0.0.0.0/0 --target-tags=https-server

请确保Rancher 实例至少有1 vCPU和大约4GB的RAM可用。
接着，通过ssh登录到Ubuntu实例并且安装Docker（https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/ubuntu/）。Docker安装完成之后，即可启动Rancher验证其是否正在运行。

ubuntu@rancher-20:~$ sudo docker run -d --restart=unless-stopped -p 80:80 -p 443:443 rancher/rancher
Unable to find image 'rancher/rancher:latest' locally
latest: Pulling from rancher/rancher
6b98dfc16071: Pull complete
4001a1209541: Pull complete
6319fc68c576: Pull complete
b24603670dc3: Pull complete
97f170c87c6f: Pull complete
c5880aba2145: Pull complete
de3fa5ee4e0d: Pull complete
c973e0300d3b: Pull complete
d0f63a28838b: Pull complete
b5f0c036e778: Pull complete
Digest: sha256:3f042503cda9c9de63f9851748810012de01de380d0eca5f1f296d9b63ba7cd5
Status: Downloaded newer image for rancher/rancher:latest
2f496a88b82abaf28e653567d8754b3b24a2215420967ed9b817333ef6d6c52f
ubuntu@rancher-20:~$ sudo docker ps
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                  CREATED              STATUS              PORTS                                      NAMES
2f496a88b82a        rancher/rancher     "rancher --http-list…"   About a minute ago   Up 59 seconds       0.0.0.0:80->80/tcp, 0.0.0.0:443->443/tcp   elegant_volhard

获得Ubuntu实例的公共IP地址，并用你的浏览器访问它。

$ gcloud compute instances describe rancher-20 --project=rancher-20 --format="value(networkInterfaces[0].accessConfigs[0].natIP)"
35.189.72.39

接着页面会重新跳转到Rancher的HTTPs协议页面上，并且你将看到浏览器的警告。因为Rancher使用的是自签名证书。不需要理会这些警告，因为你已经启动了实例（千万不要在不受信任的网站上进行这项操作），接下来开始设置管理员密码和服务器URL来启动Rancher 2.0。下面就可以开始启动Kubernetes集群了。
启动一个Kubernetes集群
首先，你需要一个附加以下角色的Google云服务账号：Compute Viewer，Kubernetes Engine Admin, Service Account User, Project Viewer。接着，你需要生成服务账户密钥，具体步骤请参考：https://cloud.google.com/iam/docs/creating-managing-service-account-keys 现在你可以用你的服务账户密钥来使用Rancher 2.0启动一个Kubernetes集群（使用默认的Compute Engine服务帐户是安全的）：

gcloud iam service-accounts keys create ./key.json \
--iam-account <SA-NAME>@developer.gserviceaccount.com

请留意<SA-NAME>@developer.gserviceaccount.com值，你稍后还会用到它。 现在，你已经做好启动集群的准备工作了。打开Rancher的面板，然后点击【添加集群／Add Cluster】。你需要执行以下操作：在选择Kubernetes托管服务提供商时，选择GCE；
为你的集群起一个名字，比如rancher-demo；
将服务密钥详细信息从上述步骤中生成的key.json文件导出或复制粘贴到Service Account字段中。
接着去【配置节点／Configure Nodes】选项并按如下选择：Kubernetes版本的选择，你可以选择最新版本，不过本测试是在1.10.5-gke.2版本上进行的；
区域的选择，选择离你最近的区域；
机器类型的选择，至少需要 n1-standard-1；
至于节点数，对于Istio Demo来说，至少需要4个节点。
当上述内容设置完成之后，你的设置页面如下图所示：



毫不犹豫地点击【创建／Create】吧。
几分钟之后，你可以在Rancher的面板上看到集群处于活跃状态。还记得上文提到的<SA-NAME>@developer.gserviceaccount.com值吗？现在它要派上用场了。你需要用它来授予当前用户群集管理员权限（需要管理员权限才能为Istio创建必要的RBAC规则）。为此，你需要点击Rancher面板上rancher-demo的集群名字，然后进入rancher-demo的集群面板。 现在启动kubectl，这将打开这个特定群集的kubectl命令行。你还可以导出Kubeconfig文件，与本地安装的kubectl一起使用。基于本次实例的目的，使用Rancher提供的命令行就可以了。你打开了命令行之后，运行下列命令：

> kubectl create clusterrolebinding cluster-admin-binding \
--clusterrole=cluster-admin \
--user=<SA-NAME>@developer.gserviceaccount.com

clusterrolebinding "cluster-admin-binding" created

在Rancher上部署Istio
Istio有一个Helm包，Rancher可以用它安装Istio。想要获得官方的Istio Helm包，需要将Istio的库添加到Rancher的应用目录里。为此，首先要访问Rancher Global View，进入目录选项，并选择【添加目录】，名字填写istio-github，目录URL为https://github.com/istio/istio.git（Rancher可以处理git clone处理的任何事情），在Branch的部分，你可以写branch名字，并将其设置为master。设置完成后，应该如下截图所示：


点击【创建／Create】。
在这一步，你将开始使用Rancher Catalog部署Istio。首先，访问rancher-demo集群的默认项目，并且选择目录应用。当你点击【启动／Launch】之后，你将看到许多默认可用的应用。由于此demo是关于Istio的，在【所有目录／All Catalogs】中选择istio-github目录，也就是你刚刚自行创建的那个。这将为您提供两个选项：istio和istio-remote。选择istio并点击【查看详情／View Details】，你将看到部署Istio的选项，按如下选择：设置名字为istio-demo；
让模板版本保持为0.8.0；
默认的istio的命名空间是istio-system，因此这里就将命名空间设置为istio-system；
在默认情况下，Istio不会加密组件之间的访问，但加密功能挺重要的，因此我们需要把加密这一功能加上，；
Istio的helm chart默认不添加Grafana，我们也应该把它加上。

点击Add Answer，将global.controlPlaneSecurityEnabled和grafana.enabled的值设置为true。即可添加上述功能。
完成上述操作之后，界面应该如下图所示：



点击【启动／Launch】。
如果你现在看到工作负载的标签，那么你应该能看到Istio的所有组件正在你的集群里运行，同时请确保所有的工作负载都是绿色的。此外，还需要检查负载均衡标签，istio-ingress和istio-ingressgateway都应该处于活跃状态。 如果istio-ingressgateway处于待定（Pending）状态，那么你需要再次申请istio-ingressgateway服务。具体步骤是：点击Import Yaml；对于Import Mode，选择【集群：将任何资源直接导入此集群】Cluster: Direct import of any resources into this cluster；将 istio-demo-ingressgateway.yaml 服务复制/粘贴到 Import Yaml 编辑器并点击导入： 这一步骤将解决 istio-ingressgateway待定状态的问题。 现在，你需要在Rancher的面板上检查Istio所有的工作负载、负载均衡以及服务发现均处于良好状态。 最后还有一样东西需要添加：在你的默认命名空间里添加一个istio-injected标签，Istio sidecar容器会自动注入你的节点，运行下方的kubectl命令（如上文所述，你可以从Rancher内部启动kubectl）。

> kubectl label namespace default istio-injection=enabled
namespace "default" labeled
> kubectl get namespace -L istio-injection
NAME            STATUS    AGE       ISTIO-INJECTION
cattle-system   Active    1h
default         Active    1h        enabled
istio-system    Active    37m
kube-public     Active    1h
kube-system     Active    1h
>

这一标签将使得Istio-Sidecar-Injector自动将Envoy容器注入您的应用程序节点。
部署Bookinfo示例应用
现在，你可以开始部署一个测试应用并且测试Istio的强大功能。首先，部署Bookinfo示例应用。这个应用有趣的部分在于它有三个版本的reviews程序同时运行。我们可-以在这三个版本的程序中体验到Istio的一些功能。接着，访问rancher-demo的默认项目中的工作负载来部署Bookinfo app，具体的操作是：
点击Import Yaml；下载bookinfo.yaml（https://info.rancher.com/hubfs/bookinfo.yaml）到本地；
当你进入Import Yaml菜单之后，通过从文件读取，将其上传至Rancher；
对于 Import Mode，选择【集群：将任何资源直接导入此集群】Cluster: Direct import of any resources into this cluster；
点击【导入/Import】。
这应该为您的rancher-demo Default项目增加6个工作负载。如下图：



现在，通过Istio暴露Bookinfo app，你需要应用此bookinfo-gateway.yaml(https://info.rancher.com/hubfs/bookinfo-gateway.yaml)，操作方式与bookinfo.yaml相同。此时，你可以用浏览器访问bookinfo app。你有两种方式可以获取istio-ingressgateway负载均衡器的外部IP地址：第一，从Rancher中获取。访问负载均衡，从右手边的菜单栏选择View in API。它将打开一个新的浏览器页面，在那搜索publicEndpoints -> addresses，你就可以看到公共IP地址了。第二，通过kubectl获取:

> export INGRESS_HOST=$(kubectl -n istio-system get service istio-ingressgateway -o jsonpath='{.status.loadBalancer.ingress[0].ip}')
> echo $INGRESS_HOST

用你的浏览器访问： http://${INGRESS_HOST}/productpage，然后你应该看到Bookinfo app。多次刷新页面时，你应该看到 Book Reviews部分有三个不同版本：第一个版本没有星星；第二个版本有黑星星；第三个版本有红星星。
使用Istio，您可以限制您的应用仅路由到应用的第一个版本。具体操作为：导入 route-rule-all-v1.yaml（ https://info.rancher.com/hubfs/route-rule-all-v1.yaml）到Rancher，几秒之后再刷新页面，你将不会在reviews上看到任何星星。 除此之外，你也可以仅将流量路由到一组用户。当你导入route-rule-reviews-test-v2.yaml到Rancher之后，使用jason这个用户名（无需密码）登录Bookinfo app，你应该只能看到版本2的reviews（即有黑星星的版本）。但登出之后，你仅能看到版本1reviews的app。 至此，你已经体会了Istio的强大功能。当然，这并非全部，Istio还有很多其他功能。创建此设置后，您可以完成Istio文档中的任务。
Istio的遥感
现在是时候深入了解Istio另一个更有用的功能 ：默认情况下提供指标。 让我们从Grafana开始。当我们部署Istio时，值设置为true的grafana.enabled创建了一个grafana实例，并配置为收集Istio的指标以几个面板中显示它们。默认情况下，Grafana的服务不会公开显示，因此想要查看指标，首先需要将Grafana的服务暴露给公共IP地址。当然，还有另一个选项也可以暴露服务：NodePort（https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/service/#nodeport），但是这要求你在Google Cloud Platform防火墙的所有节点上开放Nodeport，这不止有一项任务，因此通过公共IP地址暴露服务更为简单。 为此，在rancher-demo的默认项目中访问工作负载并选择【服务发现】标签。当所有在集群上的工作都完成之后，应该有5项服务在默认的命名空间内，有12项服务在istio-system命名空间内，并且所有这些服务都处于活跃状态。接着，选择grafana服务，并且从右边的菜单栏内选择 View/Edit YAML。



找到包含type: ClusterIP的那行，将其改为type: LoadBalancer，并点击【保存/Save】。然后它应该开始在Google Cloud Platform中配置负载均衡器，并在其默认端口3000上暴露Grafana。如果想要获取Grafana的公共IP地址的话，只需重复bookinfo示例中获取IP地址的步骤即可，即在API中查看grafana服务，你可以在其中找到IP地址，或通过kubectl获取它：

export GRAFANA_HOST=$(kubectl -n istio-system get service grafana -o jsonpath='{.status.loadBalancer.ingress[0].ip}')
echo $GRAFANA_HOST

用你的浏览器访问：http://${GRAFANA_HOST}:3000/，选择其中一个面板，比如 Istio Service。通过此前应用的配置，我们限制了流量，仅显示版本1的reveiws应用。从服务的下拉菜单中选择 reviews.default.svc.cluster.local，就可以从图表中查看。现在使用以下命令从Rancher的kubectl生成一些流量：

export INGRESS_HOST=$(kubectl -n istio-system get service istio-ingressgateway -o jsonpath='{.status.loadBalancer.ingress[0].ip}')
for i in {1..1000}; do curl -o /dev/null -s -w "%{http_code}\n" http://${INGRESS_HOST}/productpage; sleep 0.2; done

需要等待约5分钟，为Grafana生成的流量将会显示在如下面板上：


如果你滚动面板，在SERVICE WORKLOADS下你将看到Incoming Requests by Destination And Response Code的图表，它要求Reviews应用程序只在v1端点结束。如果你使用以下命令，生成对版本2的应用的请求（请记得用户jason可以访问版本2的reviews 应用）：

export INGRESS_HOST=$(kubectl -n istio-system get service istio-ingressgateway -o jsonpath='{.status.loadBalancer.ingress[0].ip}')
for i in {1..1000}; do curl -o /dev/null -s -w "%{http_code}\n" --cookie "user=jason" http://${INGRESS_HOST}/productpage; sleep 0.2; done

你应该也可以看到显示在版本2的应用上的请求：


用同样的方式，也可能可以暴露并且看到Istio其他默认的指标，比如Prometheus, Tracing 和ServiceGraph。
总结与思考
正如你所看到的，Istio是一个具有强大功能并且十分实用的service mesh平台。在未来，它一定会成为云原生生态中一个核心工具。但目前， Istio仍暂不建议进入生产环境。引用Kelsey Hightower的一句话：“不要只消耗它，将它部署到生产环境中。你将成为新闻焦点”。无论如何，请你坚信，在不久的将来，Istio一定会被部署到生产环境中。 至于Rancher 2.0，它对于查看Kubernetes集群状态、所有的工作负载、服务以及节点都十分实用。它通过WebUI提供了一种简易的方式来管理集群并通过Helm Charts部署应用，即便对于不太熟悉Kubernetes的人来说，Rancher也十分容易上手。使用Rancher 2.0，你会拥有管理Kubernetes集群所需的一切，并对其状态有一个很好的概览。我相信，Rancher的小伙伴们之后会继续添加越来越多实用的功能来不断完善Rancher。