Envoy 服务发现原理大揭秘与核心要点概述

1 Envoy动态配置介绍

动态资源，是指由envoy通过xDS协议发现所需要的各项配置的机制，相关的配置信息保存 于称之为管理服务器（Management Server ）的主机上，经由xDS API向外暴露；下面是一个 纯动态资源的基础配置框架。

{
"lds_config": "{...}",
"cds_config": "{...}",
"ads_config": "{...}"
}

xDS API为Envoy提供了资源的动态配置机制，它也被称为Data Plane API。
Envoy支持三种类型的配置信息的动态发现机制，相关的发现服务及其相应的API联合起来 称为xDS API。

  1. 基于文件系统发现：指定要监视的文件系统路径
  2. 通过查询一到多个管理服务器（Management Server）发现：通过DiscoveryRequest协议报文发送请求，并要求服务方以DiscoveryResponse协议报文进行响应
    (1) gRPC服务：启动gRPC流
    (2) REST服务：轮询REST-JSON URL

v3 xDS支持如下几种资源类型:

envoy.config.listener.v3.Listener
envoy.config.route.v3.RouteConfiguration
envoy.config.route.v3.ScopedRouteConfiguration
envoy.config.route.v3.VirtualHost
envoy.config.cluster.v3.Cluster
envoy.config.endpoint.v3.ClusterLoadAssignment
envoy.extensions.transport_sockets.tls.v3.Secret
envoy.service.runtime.v3. Runtime

2 DS API介绍

Envoy对xDS API的管理由后端服务器实现，包括LDS、CDS、RDS、SRDS（Scoped Route）、VHDS （Virtual Host）、EDS、SDS、RTDS（Runtime ）等。

  1. 所有这些API都提供了最终的一致性，并且彼此间不存在相互影响；
  2. 部分更高级别的操作（例如执行服务的A/B部署）需要进行排序以防止流量被丢弃，因此，基于一个管理服务器提供多类API时还需要使用聚合发现服务（ADS ）API。
    ADS API允许所有其他API通过来自单个管理服务器的单个gRPC双向流进行编组，从而允许对操作进行确定性排序
    在这里插入图片描述
    xDS的各API还支持增量传输机制，包括ADS

3 Bootstrap node

一个Management Server 实例可能需要同时响应多个不同的Envoy实例的资源发现请求。

  1. Management Server上的配置需要为适配到不同的Envoy实例
  2. Envoy 实例请求发现配置时，需要在请求报文中上报自身的信息
    • 例如id、cluster、metadata和locality等
    • 这些配置信息定义在Bootstrap配置文件中
      专用的顶级配置段“node{…}”中配置
node:
  id: … # An opaque node identifier for the Envoy node. 
  cluster: … # Defines the local service cluster name where Envoy is running.
  metadata: {…} # Opaque metadata extending the node identifier. Envoy will pass this directly to the management server .
  locality: # Locality specifying where the Envoy instance is running.
    region: …
    zone: …
    sub_zone: …
  user_agent_name: … # Free-form string that identifies the entity requesting config. E.g . “envoy ” or “grpc”
requesting config. E.g . “1.12.2” or “abcd1234” , or “SpecialEnvoyBuild ” 
  user_agent_build_version: # Structured version of the entity requesting config.
    version: …
    metadata: {…}
  extensions: [ ] # List of extensions and their versions supported by the node.
  client_features: [ ]
  listening_addresses: [ ] # Known listening ports on the node as a generic hint to the management server for filtering listeners to be returned

在这里插入图片描述

4 API的流程

1、对于典型的HTTP路由方案，xDS API的Management Server 需要为其客户端（Envoy实例）配 置的核心资源类型为Listener、RouteConfiguration、Cluster和ClusterLoadAssignment四个。每个Listener资源可以指向一个RouteConfiguration资源，该资源可以指向一个或多个Cluster资源，并且每个Cluster资源可以指向一个ClusterLoadAssignment资源。

2、Envoy实例在启动时请求加载所有Listener和Cluster资源，而后，再获取由这些Listener和 Cluster所依赖的RouteConfiguration和ClusterLoadAssignment配置；此种场景中，Listener资源和Cluster资源分别代表着客户端配置树上的“根（root）”配置，因而 可并行加载。

3、类型gRPC一类的非代理式客户端可以仅在启动时请求加载其感兴趣的Listener资源， 而后再加载这些特定Listener相关的RouteConfiguration资源；再然后，是这些 RouteConfiguration资源指向的Cluster资源，以及由这些Cluster资源依赖的 ClusterLoadAssignment资源；该种场景中，Listener资源是客户端整个配置树的“根”。

5 Envoy的配置方式

Envoy的架构支持非常灵活的配置方式：简单部署场景可以使用纯静态配置，而更复 杂的部署场景则可以逐步添加需要的动态配置机制

1、纯静态配置：用户自行提供侦听器、过滤器链、集 群及HTTP路由（http代理场景），上 游端点的 发 现仅可通过DNS服务进行，且配置的重新加载必须通过内置的热 重启（ hot restart）完成；

2、仅使用EDS：EDS提供的端点发现功能可有效规避DNS的限制（ 响应中的 最大记录 数等）；

3、使用EDS和CDS：CDS能够让Envoy以优雅的方式添加、更新和删除 上游集群 ，于是， 初始配置 时， Envoy无须事先了解所有上游集群；

4、EDS、CDS和RDS：动态发现路由配置；RDS与EDS、CDS一起使用时 ，为用户 提供了构 建复杂路 由 拓扑的能力（流量转移、蓝/绿部署等）；

5、EDS、CDS、RDS和LDS：动态发现侦听器配置，包括内嵌的过滤 器链；启 用此四种 发现服务 后，除 了较罕见的配置变动、证书轮替或更新Envoy程序之外，几 乎无须再 热重启Envoy；

6、EDS、CDS、RDS、LDS和SDS：动态发现侦听器密钥相关的证书、 私钥及TLS会 话票据， 以及对证 书 验证逻辑的配置（受信任的根证书和撤销机制等 ）；

6 Envoy资源的配置源(ConfigSource)

1、配置源（ConfigSource）用于指定资源配置数据的来源，用于为Listener、Cluster、Route、 Endpoint、Secret和VirtualHost等资源提供配置数据。
2、目前，Envoy支持的资源配置源只能是path、api_config_source或ads其中之一。
3、api_config_source或ads的数据来自于xDS API Server，即Management Server。
在这里插入图片描述

7 基于文件系统的订阅

为Envoy提供动态配置的最简单方法是将其放置在ConfigSource中显式指定的文件路径中

  1. Envoy将使用inotify（Mac OS X上的kqueue）来监视文件的更改，并在更新时解析文件中的DiscoveryResponse 报文
  2. 二进制protobufs，JSON，YAML和proto文本都是DiscoveryResponse 所支持的数据格式

提示

  1. 除了统计计数器和日志以外，没有任何机制可用于文件系统订阅ACK/NACK更新
  2. 若配置更新被拒绝，xDS API的最后一个有效配置将继续适用
  • 1、基于eds实现Envoy基本全动态的配置方式
    以EDS为例，Cluster为静态定义，其各Endpoint通过EDS动态发现
    集群定义格式
# Cluster中的endpoint配置格式
clusters:
- name:
  ...
  eds_cluster_config:
    service_name:
    eds_config:
      path: ... # ConfigSource，支持使用path, api_config_source或ads三者之一；

cluster的配置

# 类似如下纯静态格式的Cluster定义
clusters:
- name: webcluster
  connect_timeout: 0.25s
  type: STATIC #类型为静态
  lb_policy: ROUND_ROBIN
  load_assignment:
    cluster_name: webcluster
    endpoints:
    - lb_endpoints:
      - endpoint:
        address:
          socket_address:
            address: xx.xx.xx.xx
            port_value: 8080

#使用了EDS的配置
clusters:
- name: targetCluster
  connect_timeout: 0.25s
  lb_policy: ROUND_ROBIN
  type: EDS #类型为EDS
  eds_cluster_config:
    service_name: webcluster
    eds_config:
      path: '/etc/envoy/eds.yaml' # 指定订阅的文件路径
#提示：文件后缀名为conf，则资源要以json格式定义；文件后缀名为yaml，则资源需要以yaml格式定义；另外，动态配置中，各Envoy实例需要有惟的id标识；

7.1 EDS的配置

  1. 文件/etc/envoy/eds.yaml中以Discovery Response报文的格式给出响应实例，例如，下面的 配置示例用于存在地址xx.xx.xx.xx某上游服务器可提供服务时
  2. 响应报文需要以JSON格式给出
resources:
  - "@type": type.googleapis.com/envoy.config.endpoint.v3.ClusterLoadAssignment
    cluster_name: webcluster
    endpoints:
    - lb_endpoints:
      - endpoint:
        address:
          socket_address:
            address: xx.xx.xx.xx
            port_value: 8080

随后，修改该文件，将xx.xx.xx.xx也添加进后端端点列表中，模拟配置变动
- endpoint:
        address:
          socket_address:
            address: xx.xx.xx.xx
            port_value: 8080

7.2 基于lds和cds实现Envoy基本全动态的配置方式

  1. 各Listener的定义以Discovery Response 的标准格式保存于一个文件中。
  2. 各Cluster的定义同样以Discovery Response的标准格式保存于另一文件中。
    如下面Envoy Bootstrap配置文件示例中的文件引用
node:
  id: envoy_front_proxy 
  cluster: MageEdu_Cluster

admin:
  profile_path: /tmp/envoy.prof 
  access_log_path: /tmp/admin_access.log
  address: 
    socket_address: 
      address: 0.0.0.0
      port_value: 9901

dynamic_resources:
  lds_config:
    path: /etc/envoy/conf.d/lds.yaml 
  cds_config: 
    path: /etc/envoy/conf.d/cds.yaml 

lds的Discovery Response格式的配置示例如下

resources:
- "@type": type.googleapis.com/envoy.config.listener.v3.Listener
  name: listener_http
  address: 
    socket_address: { address: 0.0.0.0, port_value: 80 }
  filter_chains:
  - filters:
    name: envoy.http_connection_manager
    typed_config: 
      "@type":type.googleapis.com/envoy.extensions.filters.network.http_connection_manag
er.v3.HttpConnectionManager
      stat_prefix: ingress_http
      route_config:
        name: local_route 
        virtual_hosts:
        - name: local_service
          domains: ["*"]
          routes:
          - match:
              prefix: "/"
            route:
              cluster: webcluster
      http_filters:
      - name: envoy.filters.http.router

cds的Discovery Response格式的配置示例如下

resources:
- "@type": type.googleapis.com/envoy.config.cluster.v3.Cluster
  name: webcluster
  connect_timeout: 1s
type: STRICT_DNS
  load_assignment:
  cluster_name: webcluster
    endpoints:
    - lb_endpoints:
      - endpoint:
          address: 
            socket_address: 
              address: webserver01
              port_value: 8080
      - endpoint:
          address: 
            socket_address: 
              address: webserver02
              port_value: 8080

在这里插入图片描述

8 基于gRPC的动态配置

8.1 gRPC的介绍

Enovy支持为每个xDS API独立指定gRPC ApiConfigSource，它指向与管理服务器对应的某 上游集群。
这将为每个xDS资源类型启动一个独立的双向gRPC流，可能会发送给不同的管理服务器
每个流都有自己独立维护的 资源版本，且不存在跨资源类型的共享版本机制；
在不使用ADS的情况下，每个资源类型可能具有不同的版本，因为Envoy API允许指向不同的 EDS/RDS资源配置并对应不同的ConfigSources

8.2 API的交付方式采用最终一致性机制

基于gRPC的动态配置格式
以LDS为例，它配置Listener以动态方式发现和加载，而内部的路由可由发现的Listener直接 提供，也可配置再经由RDS发现。
下面为LDS配置格式，CDS等的配置格式类同：

dynamic_resouces:
  lds_config:
  api_config_source：
    api_type: ... # API 可经由REST或gRPC获取，支持的类型包括REST、gRPC和delta_gRPC
    resource_api_version: ... # xDS 资源的API版本，对于1.19及之后的Envoy版本，要使用v3；
    rate_limit_settings： {...} # 速率限制
    grpc_services: # 提供grpc服务的一到多个服务源
      transport_api_version : ... # xDS 传输协议使用的API版本，对于1.19及之后的Envoy版本，要使用v3；
      envoy_grpc: # Envoy内建的grpc客户端，envoy_grpc和google_grpc二者仅能用其一；
        cluster_name: ... # grpc集群的名称；
      google_grpc: # Google的C++ grpc客户端
      timeout: ... # grpc超时时长；

注意：
提供gRPC API服务的Management Server （控制平面）也需要定义为Envoy上的集群， 并由envoy实例通过xDS API进行请求；
(1) 通常，这些管理服务器需要以静态资源的格式提供；
(2) 类似于，DHCP协议的Server 端的地址必须静态配置，而不能经由DHCP协议获取；

8.3 基于GRPC管理服务器订阅

基于gRPC的订阅功能需要向专用的Management Server请求配置信息。
下面的示例配置使用了lds和cds 分别动态获取Listener和Cluster相关的配置。

node:
  id: envoy_front_proxy 
  cluster: webcluster
  
admin:
  profile_path: /tmp/envoy.prof
  access_log_path: /tmp/admin_access.log
  address:
    socket_address:
      address: 0.0.0.0
      port_value: 9901

dynamic_resources: 
  lds_config:  #定义动态获取listener
    resource_api_version: V3
    api_config_source:
      api_type: GRPC  #使用GRPC模式
      transport_api_version: V3
      grpc_services:
      - envoy_grpc:
        cluster_name: xds_cluster #调用grpc服务器
        
  cds_config: #定义动态获取cluster
    resource_api_version: V3
    api_config_source:
      api_type: GRPC  #使用GRPC模式
      transport_api_version: V3
      grpc_services:
      - envoy_grpc:
        cluster_name: xds_cluster #调用grpc服务器

#xds_cluster需要静态配置
static_resources:
  clusters:
    - name: xds_cluster
      connect_timeout: 0.25s
      type: STRICT_DNS
      # Used to provide extension-specific protocol options for upstream connections. 
      typed_extension_protocol_options: 
        envoy.extensions.upstreams.http.v3.HttpProtocolOptions: 
          "@type": type.googleapis.com/envoy.extensions.upstreams.http.v3.HttpProtocolOptions 
           explicit_http_config:
           http2_protocol_options: {}
      lb_policy: ROUND_ROBIN
      load_assignment:
        cluster_name: xds_cluster
        endpoints:
        - lb_endpoints:
          - endpoint:
              address:
                socket_address:
                  address: xdsserver-IP
                  port_value: 18000

8.4 ADS

通过上面的交互顺序保证MS资源分发时的流量丢弃是一项很有挑战的工作，而ADS允许单 一MS通过单个gRPC流提供所有的API更新。
在这里插入图片描述

  1. 配合仔细规划的更新顺序，ADS可规避更新过程中流量丢失
  2. 使用 ADS，在单个流上可通过类型 URL 来进行复用多个独立的 DiscoveryRequest/DiscoveryResponse 序列
    使用了ads分别动态获取Listener和Cluster相关的配置
node:
  id: envoy_front_proxy 
  cluster: webcluster
  
admin:
  profile_path: /tmp/envoy.prof
  access_log_path: /tmp/admin_access.log
  address:
    socket_address:
      address: 0.0.0.0
      port_value: 9901

dynamic_resources:
  ads_config:
    api_type: GRPC
    transport_api_version: V3
    grpc_services:
    - envoy_grpc:
      cluster_name: xds_cluster
      set_node_on_first_message_only: true

  cds_config:
    resource_api_version: V3
    ads: {}
    lds_config:
      resource_api_version: V3
      ads: {}
 


 #xds_cluster需要静态配置
static_resources:
  clusters:
    - name: xds_cluster
      connect_timeout: 0.25s
      type: STRICT_DNS
      # Used to provide extension-specific protocol options for upstream connections. 
      typed_extension_protocol_options: 
        envoy.extensions.upstreams.http.v3.HttpProtocolOptions: 
          "@type": type.googleapis.com/envoy.extensions.upstreams.http.v3.HttpProtocolOptions 
           explicit_http_config:
           http2_protocol_options: {}
      lb_policy: ROUND_ROBIN
      load_assignment:
        cluster_name: xds_cluster
        endpoints:
        - lb_endpoints:
          - endpoint:
              address:
                socket_address:
                  address: xdsserver-IP
                  port_value: 18000

9 REST-JSON轮询订阅

9.1 REST-JSON介绍

  1. 通过REST端点进行的同步（长）轮询也可用于xDS单例API
  2. 上面的消息顺序是类似的，除了没有维护到管理服务器的持久流
  3. 预计在任何时间点只有一个未完成的请求，因此响应nonce在REST-JSON中是可选的 p proto3的JSON规范转换用于编码DiscoveryRequest和DiscoveryResponse消息。
  4. ADS不适用于REST-JSON轮询
    5)当轮询周期设置为较小的值时，为了进行长轮询，则还需要避免发送DiscoveryResponse ，除 非发生了对底层资源的更改

9.2 以LDS为例，它用于发现并配置Listener

基于REST订阅的LDS配置格式，CDS等其它配置类似

dynamic_resources:
  lds_config:
  resource_api_version: … # xDS 资源配置遵循的API版本，v1.19版本及以后仅支持V3 ；
  api_config_source：
    transport_api_version: ... # xDS 传输协议中使用API版本，v1.19版本及以后仅支持V3；
    api_type: ... # API 可经由REST或gRPC获取，支持的类型包括REST、GRPC和DELTA_GRPC
    cluster_names: ... # 提供服务的集群名称列表，仅能与REST类型的API一起使用；多个集群用于冗余之目的，故障时将循环访问；
    refresh_delay: ... # REST API 轮询时间间隔；
    request_timeout: ... # REST API请求超时时长，默认为1s；

注意：提供REST API服务的管理服务器也需要定义为Envoy上的集群，并由LDS等相关 的动态发现服务进行调用；但这些管理服务器需要以静态配置的格式提供；

9.3 基于REST管理服务器订阅

使用了ads分别动态获取Listener和Cluster相关的配置

node:
  id: envoy_front_proxy
  cluster: webcluster

admin:
  profile_path: /tmp/envoy.prof
  access_log_path: /tmp/admin_access.log
  address:
    socket_address:
      address: 0.0.0.0
      port_value: 9901

dynamic_resources:
  cds_config:
    resource_api_version: V3
    api_config_source:
      api_type: REST
      transport_api_version: V3 refresh_delay: {nanos: 500000000} # 1/2s cluster_names:
      - xds_cluster

  lds_config:
    resource_api_version: V3
    api_config_source:
    api_type: REST
      transport_api_version: V3 refresh_delay: {nanos: 500000000} # 1/2s cluster_names:
      - xds_cluster

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滑动窗口简介 滑动窗口就是利用单调性&#xff0c;配合同向双指针来优化暴力枚举的一种算法。 该算法主要有四个步骤 1. 先进进窗口 2. 判断条件&#xff0c;后续根据条件来判断是出窗口还是进窗口 3. 出窗口 4.更新结果&#xff0c;更新结果这个步骤是不确定的&#xff0c…
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Prime2_解法二：openssl解密凭据

Prime2_解法二：openssl解密凭据

Prime2_解法二&#xff1a;openssl解密凭据 本博客提供的所有信息仅供学习和研究目的&#xff0c;旨在提高读者的网络安全意识和技术能力。请在合法合规的前提下使用本文中提供的任何技术、方法或工具。如果您选择使用本博客中的任何信息进行非法活动&#xff0c;您将独自承担全…
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R语言的数据结构-向量

R语言的数据结构-向量

【图书推荐】《R语言医学数据分析实践》-CSDN博客 《R语言医学数据分析实践 李丹 宋立桓 蔡伟祺 清华大学出版社9787302673484》【摘要 书评 试读】- 京东图书 (jd.com) R语言编程_夏天又到了的博客-CSDN博客 在R语言中&#xff0c;数据结构是非常关键的部分&#xff0c;它提…
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SpringBoot使用Nacos进行application.yml配置管理

SpringBoot使用Nacos进行application.yml配置管理

Nacos是阿里巴巴开源的一个微服务配置管理和服务发现的解决方案。它提供了动态服务发现、配置管理和 服务管理平台。Nacos的核心功能包括服务发现、配置管理和动态服务管理&#xff0c;使得微服务架构下的服务治理 变得简单高效。 Nacos的设计基于服务注册与发现、配置管理、动…
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【Java学习笔记】Collections 工具类

【Java学习笔记】Collections 工具类

一、基本介绍 Collections 是一个操作 Set、List 和 Map 等集合的工具类Collections 中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作 二、排序操作&#xff1a;&#xff08;均为 static 方法) 三、查找、替换
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