Service Mesh微服务架构设计

资深架构师撰写，从设计与工程化视角分析Service Mesh，穿插大量一线实践真知灼见，涵盖微服务实施细则、Istio/Envoy的架构设计与实现、Service Mesh工程化设计思想与发展趋势等。本书分为两篇，共计10章内容。

基础篇（第1～3章），着重讲解微服务架构和治理，以及Service Mesh技术当前的现状。

本篇帮读者厘清微服务架构的实施前准备，实施风险与痛点/难点问题，并引出应对微服务通信与服务治理问题的方案——Service Mesh，阐述Service Mesh生态的各个方面，包括Service Mesh的价值与企业需求的内在动因。

架构篇（第4～10章），深入剖析Service Mesh主流方案Istio/Envoy在架构设计层面的原理和实现，以及Service Mesh技术展望。其中第4～7章为重点章节，建议读者认真研读与实践。

第4章详细分析Envoy的整体架构，并就架构设计层面与Nginx进行全方位对比分析。

第5章分析Istio的整体架构以及各个组件的功能和设计。

第6～7章分别从控制流与数据流的角度，分析请求的处理策略与配置以及在整个Service Mesh中的流向和处理。

后续章节分别讨论Istio的服务治理（聚焦可观测性、链路治理），Service Mesh的架构思想的工程化应用，以及Service Mesh技术在云原生架构下的发展畅想。

刘俊海　

好未来高级架构师，曾在滴滴、百度等知名互联网公司任职，超过8年C/C++开发和架构设计经验；精通服务框架和业务高可用技术，多年亿级流量环境下高并发和高可用实战经验，精通微服务架构和微服务基础设施，近期关注Service Mesh。

1）资深架构师撰写，从设计与工程化视角分析Service Mesh，穿插大量一线实践真知灼见

2）涵盖微服务实施细则，Istio/Envoy的架构设计与实现，Service Mesh工程化设计思想与发展趋势等

为什么要写这本书

作为新一代微服务架构，Service Mesh技术有效地解决了当前微服务架构和治理过程中的痛点问题，一经推出便引起很大的反响，近两年持续成为架构领域的热点。特别是Google联合Lyft等公司推出的Istio，架构优雅、功能强大，迅速成为Service Mesh领域的明星项目。我非常看好Istio在微服务领域的价值，一直持续关注着这个项目，我发现在Service Mesh或者微服务技术领域，已有的书籍和资料大多关注具体语言栈和具体技术的使用，而真正聚焦架构设计方面的书则偏少，因此想从架构设计方面对Service Mesh进行深入剖析。

本书从微服务架构和治理角度出发，聚焦Service Mesh的架构设计，试图从微服务技术演进的视角，全面揭开Service Mesh技术神秘的面纱。

读者对象

业务架构师

业务开发和运维人员

云计算基础设施开发者、架构师

对微服务技术感兴趣的人员

对云原生架构感兴趣的人员

如何阅读本书

本书分为两篇，共计10章。

基础篇（第1～3章），本篇着重讲解微服务架构和治理，以及Service Mesh技术当前的现状。

第1章为微服务架构，聚焦微服务实施的时机、准备工作和具体实施等；

第2章为微服务治理，通过服务治理解决引入微服务后带来的一系列挑战；

第3章为Service Mesh概述，讲述为什么Service Mesh能够解决微服务治理中的痛点问题，以及Service Mesh的发展历程和当前现状。

架构篇（第4～10章），本篇深入剖析Istio/Envoy在架构设计层面的原理和实现，以及Service Mesh未来展望。

第4章详细分析Envoy的整体架构，并且就架构设计层面与Nginx进行全方位的对比分析；

第5章分析Istio的整体架构以及各个组件的功能和设计；

第6章和第7章分别从控制流与数据流的角度，分析请求的处理策略与配置以及在整个Service Mesh中的流向和处理；

第8章讨论Istio的服务治理，重点聚焦可观测性和链路治理；

第9章讨论如何将Service Mesh中的一些架构思想和设计运用到平常的工程架构中去。

第10章展望Service Mesh技术在云原生架构下的未来和发展。

其中，第4～7章为本书的重点章节，如果你没有充足的时间完成全书的阅读，可以选择阅读重点章节。如果你是有着一定经验的资深人员，本书会是一本不错的案头书。

勘误和支持

由于笔者的水平有限，编写时间仓促，书中难免会出现一些错误或者不准确的地方，恳请读者批评指正。可以通过微信号cloudnative_techdev，或者邮箱[email protected]联系到我。期待能够得到大家的真挚反馈，在技术之路上互勉共进。

致谢

感谢百度谢广军、孙晓，滴滴出行卢红波、王正克、姜泰旭、段俊伟、奚媛，好未来张国辉、陈雷、韩天峰在工作和技术上无微不至的指导，我的成长离不开各位的大力支持和栽培。

感谢ServiceMesher技术社区的全体同仁，特别是ServiceMesher技术社区的组织者，是他们通过大量技术布道，最早将Service Mesh技术引入国内，对国内Service Mesh技术发展做出了很大贡献。

特别致谢

最后，我要特别感谢太太刘敏和儿子，为写作这本书我牺牲了很多陪伴他们的时间，也正因为有他们的付出与支持，我才能坚持写下去。

同时，感谢我的父母和岳父母，有了他们的帮助和支持，我才有时间和精力去完成写作工作。

最后要重点感谢高婧雅编辑，得益于她的耐心审稿、宝贵的建议以及用心的修改，本书的质量才进一步得到提升。

谨以此书献给我最亲爱的家人，以及众多热爱微服务技术和Service Mesh技术的朋友们！

刘俊海

前言

第一篇　基础篇

第1章　微服务架构 …… 2

1.1　为什么需要微服务 …… 2

1.1.1　传统单体服务的问题 …… 2

1.1.2　微服务的定义 …… 3

1.1.3　微服务与康威定律 …… 3

1.1.4　微服务的收益 …… 4

1.2　微服务架构的挑战 …… 4

1.2.1　服务拆分 …… 4

1.2.2　开发挑战 …… 5

1.2.3　测试挑战 …… 5

1.2.4　运维挑战 …… 6

1.3　微服务化的具体时机 …… 6

1.4　微服务化开展前的准备工作 …… 8

1.4.1　微服务开发框架 …… 8

1.4.2　微服务标准化 …… 15

1.4.3　持续集成与发布 …… 17

1.5　微服务实施 …… 17

1.5.1　微服务拆分 …… 17

1.5.2　微服务通信 …… 19

1.5.3　微服务稳定性保障 …… 20

1.6　本章小结 …… 25

第2章　微服务治理 …… 26

2.1　微服务治理基础 …… 26

2.1.1　服务治理由来 …… 26

2.1.2　服务治理的目标与愿景 …… 27

2.1.3　服务治理的工作范畴 …… 28

2.1.4　服务治理闭环体系 …… 29

2.2　正向服务治理 …… 29

2.2.1　效率治理 …… 30

2.2.2　稳定性治理 …… 31

2.3　效果治理 …… 34

2.4　可见可观测 …… 35

2.4.1　服务可见性 …… 35

2.4.2　变更可见性 …… 36

2.4.3　可观测性 …… 36

2.5　量化分析体系 …… 41

2.5.1　稳定性风险度量 …… 41

2.5.2　基于多维度监控的故障定位 …… 42

2.5.3　风险分析 …… 43

2.6　线上治理 …… 43

2.6.1　线上预案体系 …… 43

2.6.2　基于Metric的预案自动触发 …… 44

2.6.3　治理参数动态调整 …… 44

2.7　线下治理 …… 47

2.7.1　链路稳定性治理 …… 47

2.7.2　架构与资源治理 …… 50

2.8　服务治理演进 …… 50

2.8.1　远程Proxy方式 …… 51

2.8.2　基于智能客户端的服务框架 …… 52

2.8.3　本地Proxy …… 52

2.9　理想的服务治理架构 …… 53

2.10　本章小结 …… 54

第3章　下一代微服务框架Service Mesh概要 …… 55

3.1　Service Mesh基础 …… 55

3.1.1　什么是Service Mesh …… 55

3.1.2　Service Mesh的基本模式 …… 56

3.2　Service Mesh的发展历程 …… 58

3.3　Service Mesh项目Linkerd …… 60

3.3.1　Linkerd演进 …… 60

3.3.2　Linkerd路由机制 …… 62

3.3.3　Linkerd 2.0核心架构 …… 63

3.4　Service Mesh项目Istio …… 64

3.4.1　Envoy …… 64

3.4.2　Istio …… 66

3.5　Service Mesh其他解决方案 …… 67

3.5.1　国外其他Service Mesh项目 …… 67

3.5.2　Service Mesh在中国的发展 …… 68

3.6　Service Mesh云上产品 …… 69

3.6.1　AWS App Mesh …… 69

3.6.2　Azure Service Fabric Mesh …… 69

3.6.3　Google Cloud Service Mesh …… 70

3.6.4　SuperGloo …… 70

3.7　Service Mesh标准化 …… 71

3.8　本章小结 …… 71

第二篇　架　构　篇

第4章　Envoy架构剖析 …… 74

4.1　Envoy整体架构 …… 74

4.2　Envoy网络模型 …… 78

4.3　Envoy扩展模型 …… 84

4.4　Envoy数据平面API …… 88

4.5　Envoy启动管理 …… 91

4.6　Envoy与Nginx架构层面的对比 …… 95

4.7　本章小结 …… 100

第5章　Istio架构剖析 …… 101

5.1　Istio整体架构 …… 101

5.2　Istio的Kubernetes基础 …… 104

5.3　Istio流量控制模型 …… 112

5.4　Mixer模型 …… 118

5.5　Istio安全 …… 122

5.6　Istio配置处理框架 …… 124

5.7　本章小结 …… 125

第6章　Istio控制流设计 …… 126

6.1　Envoy生命周期管理 …… 126

6.2　Istio配置变更管理 …… 133

6.3　控制平面和数据平面的XDS交互 …… 138

6.4　XDS配置生成 …… 143

6.5　XDS配置的Envoy处理 …… 149

6.6　本章小结 …… 155

第7章　Istio数据流设计 …… 156

7.1　Iptables …… 156

7.2　监听管理 …… 158

7.3　连接管理 …… 160

7.4　网络I/O和缓冲区管理 …… 162

7.5　Thrift协议处理 …… 164

7.6　HTTP请求处理 …… 168

7.7　本章小结 …… 182

第8章　Istio微服务治理 …… 183

8.1　链路稳定性治理 …… 183

8.2　链路可观测性 …… 190

8.3　本章小结 …… 200

第9章　Service Mesh架构的工程化设计 …… 201

9.1　复用和解耦 …… 201

9.2　架构扩展机制 …… 203

9.3　性能设计 …… 204

9.4　架构设计的权衡 …… 206

9.5　API和SDK设计 …… 207

9.6　配置管理 …… 208

9.7　本章小结 …… 210

第10章　Service Mesh与云原生架构 …… 211

10.1　Service Mesh和Serverless …… 211

10.2　东西向和南北向通信的统一 …… 215

10.3　云原生时代的Service Mesh …… 216

10.4　Service Mesh现状和展望 …… 217

10.5　本章小结 …… 218

附录　Service Mesh迁移的要点与原则 …… 219