Istio Pilot 源码分析（二）

发布于 2020-09-23 字数 2744 阅读时长 12 分钟
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了解了 Pilot 源码的基本结构和启动流程之后，我们可以深入探索 Pilot 究竟是怎么下发 xDS 协议的，以及协议的生成逻辑。相信大家都会有这些疑问：控制面与数据面详细的交互过程是什么？到底什么时候才会增量推送？增量推送判断的逻辑是什么？非 Kubernetes 原生的服务（如存在于虚拟机的服务、 Dubbo 服务等）到底是怎么注册并且经过一系列转化下发至数据面的？

带着这些问题，开始我们今天对 Pilot 的探索。

注：本文基于 istio release-1.7 分支分析，其他版本的代码结构会有所不同。

ServiceEntryStore

在多点落地 ServiceMesh 的过程中，大量的用到了 ServiceEntry ，每一个 Dubbo 服务都会映射一个 ServiceEntry 创建在 Kubernetes 里。 ServiceEntry 的作用就是将集群外部的服务注册到 Pilot 中，再统一由 ServiceController 进行管理。相应的，管理外部服务实例的对象为 WorkloadEntry ， ServiceEntry 可以通过 LabelSelector 筛选出自身对应的实例。

ServiceEntry 是作为 CR (Custome Resource) 保存在 Kubernetes 集群里的（也可以通过 MCP 服务直接发送给 Pilot ），暂时只讨论在集群中创建 CR 的情况。在上一篇源码分析中我们介绍到， Pilot 是通过 ConfigController 来监听创建在集群中的 CR 的， ServiceEntry 也不例外，保存这些 CR 的 ConfigStore 会被转化为 ServiceEntryStore 中的 store （转化的详情见上一篇源码分析），这就是最终 Pilot 存储 ServiceEntry 的地方。当监听的资源推送更改的事件时，会触发 ServiceEntryStore 对应的 handler 处理后续的流程。

我们先来看一下 ServiceEntryStore 的结构和它提供的方法：

// istio/pilot/pkg/serviceregistry/serviceentry/servicediscovery.go:61

// ServiceEntryStore communicates with ServiceEntry CRDs and monitors for changes
type ServiceEntryStore struct {
  XdsUpdater model.XDSUpdater  // 用来接收 EnvoyXdsServer 的接口，主要用来 Push 相应的 xDS 更新请求
  store      model.IstioConfigStore // 保存 ServiceEntry 实例的地方
  storeMutex sync.RWMutex  // 读写 store 时需要的锁
  // 以 hostname/namespace 以及类型（是服务还是实例）等作为索引的服务实例表
  instances map[instancesKey]map[configKey][]*model.ServiceInstance
  // seWithSelectorByNamespace 保存了每个 namespace 里所有的 ServiceEntry，也是作为一个索引供 handler 使用
  seWithSelectorByNamespace map[string][]servicesWithEntry
  refreshIndexes            bool
  ...
}

可以看到除了 XdsUpdater 和 store 两个必须的结构外，其余大部分都是些资源的缓存和索引（索引键不同），为后续 handler 处理事件时提供便利。除了结构，还需要关注两个比较重要的 handler :

// WorkloadEntry 变化时的处理逻辑
func (s *ServiceEntryStore) workloadEntryHandler(old, curr model.Config, event model.Event) {}
// ServiceEntry 变化时的处理逻辑
func (s *ServiceEntryStore) serviceEntryHandler(old, curr model.Config, event model.Event) {}

这两个 handler 的业务逻辑后文中再详细讨论，先来回忆下 ServiceEntryStore 的初始化流程：

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在 Server 初始化 ServiceController 的时候，通过调用 NewServiceDiscovery() 方法初始化 ServiceEntryStore ，这里除了将 EnvoyXdsServer 和 IstioConfigStore 与 ServiceEntryStore 关联起来外，最重要的就是向 ConfigController 注册了 ServiceEntry 和 WorkloadEntry 的事件 Handler:

func NewServiceDiscovery(configController model.ConfigStoreCache, store model.IstioConfigStore, xdsUpdater model.XDSUpdater) *ServiceEntryStore {
  s := &ServiceEntryStore{
    XdsUpdater:            xdsUpdater,
    store:                 store,
    ip2instance:           map[string][]*model.ServiceInstance{},
    instances:             map[instancesKey]map[configKey][]*model.ServiceInstance{},
    workloadInstancesByIP: map[string]*model.WorkloadInstance{},
    refreshIndexes:        true,
  }
  if configController != nil {
    configController.RegisterEventHandler(gvk.ServiceEntry, s.serviceEntryHandler)
    configController.RegisterEventHandler(gvk.WorkloadEntry, s.workloadEntryHandler)
  }
  return s
}

这样在 ConfigController 监听到资源变化的时候，就会调用 serviceEntryHandler 和 workloadEntryHandler 来处理事件了。这两个 handler 的目的都是向 EnvoyXdsServer 推送相应的 xDS 资源变化。

workloadEntryHandler

首先来分析服务实例 WorkloadEntry 的更新是如何下发 xDS 的：

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seWithSelectorByNamespace 和 instances 如上述 ServiceEntryStore 结构介绍中的注释，前者缓存了各个 namespace 中所有的 ServiceEntry ，后者则是所有服务节点 WorkloadEntry 的缓存。

当有新的 WorkloadEntry 变化时，先从 seWithSelectorByNamespace 中读取同一 namespace 中的 ServiceEntry ，遍历它们并与 WorkloadEntry 的 Label 进行比对，确定是关联的服务后，依据获取的服务创建 ServiceInstance 。 ServiceInstance 是 Pilot 抽象出的描述具体服务对应实例的结构：

type ServiceInstance struct {
  Service     *Service       `json:"service,omitempty"`
  ServicePort *Port          `json:"servicePort,omitempty"`
  Endpoint    *IstioEndpoint `json:"endpoint,omitempty"`
}

创建了新的 ServiceInstance 后，需要及时更新实例的索引表 s.instances :

if event != model.EventDelete {
  s.updateExistingInstances(key, instances)
} else {
  s.deleteExistingInstances(key, instances)
}

之后将新创建的 ServiceInstance 传入 ServiceEntryStore 专门处理 EDS 的函数 s.edsUpdate() 。在做进一步处理时，需要再刷新一遍索引表，调用 maybeRefreshIndexes() 避免其他协程的工作导致索引表更新不及时，完成后开启读锁，从服务实例索引表 s.Instances 中查找我们要处理的实例。如果是删除事件，先前更新索引表的时候已经删除了，所以这里是查不到 allInstances 的，直接向 EnvoyXdsServer 发送删除 EDS 的请求。

// edsUpdate triggers an EDS update for the given instances
func (s *ServiceEntryStore) edsUpdate(instances []*model.ServiceInstance) {
  allInstances := []*model.ServiceInstance{}

  // Find all keys we need to lookup
  keys := map[instancesKey]struct{}{}
  for _, i := range instances {
    keys[makeInstanceKey(i)] = struct{}{}
  }

  s.maybeRefreshIndexes()

  s.storeMutex.RLock()
  for key := range keys {
    for _, i := range s.instances[key] {
      allInstances = append(allInstances, i...)
    }
  }
  s.storeMutex.RUnlock()

  // This was a delete
  if len(allInstances) == 0 {
    for k := range keys {
      _ = s.XdsUpdater.EDSUpdate(s.Cluster(), string(k.hostname), k.namespace, nil)
    }
    return
  }
  ...
}

如果实例有更新则直接发送更新 EDS 的请求：

// edsUpdate triggers an EDS update for the given instances
func (s *ServiceEntryStore) edsUpdate(instances []*model.ServiceInstance) {
  ...
  endpoints := make(map[instancesKey][]*model.IstioEndpoint)
  for _, instance := range allInstances {
    port := instance.ServicePort
    key := makeInstanceKey(instance)
    endpoints[key] = append(endpoints[key],
    &model.IstioEndpoint{
      Address:         instance.Endpoint.Address,
      EndpointPort:    instance.Endpoint.EndpointPort,
      ServicePortName: port.Name,
      Labels:          instance.Endpoint.Labels,
      UID:             instance.Endpoint.UID,
      ServiceAccount:  instance.Endpoint.ServiceAccount,
      Network:         instance.Endpoint.Network,
      Locality:        instance.Endpoint.Locality,
      LbWeight:        instance.Endpoint.LbWeight,
      TLSMode:         instance.Endpoint.TLSMode,
    })
  }

  for k, eps := range endpoints {
    _ = s.XdsUpdater.EDSUpdate(s.Cluster(), string(k.hostname), k.namespace, eps)
  }
}

完整的 workloadEntryHandler() 代码如下：

func (s *ServiceEntryStore) workloadEntryHandler(old, curr model.Config, event model.Event) {
  wle := curr.Spec.(*networking.WorkloadEntry)
  key := configKey{
    kind:      workloadEntryConfigType,
    name:      curr.Name,
    namespace: curr.Namespace,
  }

  ...

  s.storeMutex.RLock()
  // We will only select entries in the same namespace
  entries := s.seWithSelectorByNamespace[curr.Namespace]
  s.storeMutex.RUnlock()

  // if there are no service entries, return now to avoid taking unnecessary locks
  if len(entries) == 0 {
    return
  }

  log.Debugf("Handle event %s for workload entry %s in namespace %s", event, curr.Name, curr.Namespace)
  instances := []*model.ServiceInstance{}
  for _, se := range entries {
    workloadLabels := labels.Collection{wle.Labels}
    if !workloadLabels.IsSupersetOf(se.entry.WorkloadSelector.Labels) {
      // Not a match, skip this one
      continue
    }
    instance := convertWorkloadEntryToServiceInstances(wle, se.services, se.entry)
    instances = append(instances, instance...)
  }

  if event != model.EventDelete {
    s.updateExistingInstances(key, instances)
  } else {
    s.deleteExistingInstances(key, instances)
  }

  s.edsUpdate(instances)
}

接下来就是 EnvoyXdsServer 来处理这次 EDS 的更新请求了。首先 EnvoyXdsServer 会判断此次 EDS 更新是全量下发还是增量下发，然后创建 PushRequest 发送至 EnvoyXdsServer 统一用来接收推送请求的 pushChannel 。

func (s *DiscoveryServer) EDSUpdate(clusterID, serviceName string, namespace string,
  istioEndpoints []*model.IstioEndpoint) error {
  inboundEDSUpdates.Increment()
  // 判断是否是全量下发
  fp := s.edsUpdate(clusterID, serviceName, namespace, istioEndpoints)
  s.ConfigUpdate(&model.PushRequest{
    Full: fp,
    ConfigsUpdated: map[model.ConfigKey]struct{}{{
      Kind:      gvk.ServiceEntry,
      Name:      serviceName,
      Namespace: namespace,
    }: {}},
    Reason: []model.TriggerReason{model.EndpointUpdate},
  })
  return nil
}

pushChannel 后续的处理流程和 EDS 是否增量更新将在下文讨论 EnvoyXdsServer 的时候再分析，这里不再赘述。

serviceEntryHandler

了解了 WorkloadEntry 的更新是如何处理之后，我们再来看下 serviceEntryHandler 是如何处理 ServiceEntry 的：

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serviceEntryHandler 会将 ServiceEntry 转化为一组 Pilot 内部抽象的服务，每个不同的 Hosts 、 Address 都会对应一个 Service ，并且初始化一个名为 configsUpdated 的 map 来保存是否有 ServiceEntry 需要更新，以及创建了多个 slice 分别保存该新增、删除、更新和没有变化的服务：

func (s *ServiceEntryStore) serviceEntryHandler(old, curr model.Config, event model.Event) {
  cs := convertServices(curr)
  configsUpdated := map[model.ConfigKey]struct{}{}
  var addedSvcs, deletedSvcs, updatedSvcs, unchangedSvcs []*model.Service
  ...
}

根据不同的事件类型，更新不同的 slice :

switch event {
case model.EventUpdate:
  os := convertServices(old)
  if selectorChanged(old, curr) {
    // Consider all services are updated.
    mark := make(map[host.Name]*model.Service, len(cs))
    for _, svc := range cs {
      mark[svc.Hostname] = svc
      updatedSvcs = append(updatedSvcs, svc)
    }
    for _, svc := range os {
      if _, f := mark[svc.Hostname]; !f {
        updatedSvcs = append(updatedSvcs, svc)
      }
    }
  } else {
    addedSvcs, deletedSvcs, updatedSvcs, unchangedSvcs = servicesDiff(os, cs)
  }
case model.EventDelete:
  deletedSvcs = cs
case model.EventAdd:
  addedSvcs = cs
default:
  // this should not happen
  unchangedSvcs = cs
}

比较特别的是，当事件为更新事件时，会和老的 Service 列表进行比对。先看是否有某个服务的 Selector 发生了变化，如果发生了变化，需要将新老服务列表里的所有服务都加入到更新列表中。如果 Selector 没有发生变化，通过 serviceDiff() 挨个比对新老服务列表中的服务，对应保存至新增、删除、更新和未变化的 slice 中。

将服务归类后，把需要变化的服务都写入 configsUpdated 中：

for _, svcs := range [][]*model.Service{addedSvcs, deletedSvcs, updatedSvcs} {
  for _, svc := range svcs {
    configsUpdated[model.ConfigKey{
      Kind:      gvk.ServiceEntry,
      Name:      string(svc.Hostname),
      Namespace: svc.Attributes.Namespace}] = struct{}{}
  }
}

由于 serviceDiff() 只会比对 Service 结构，并不会对比 Endpoints 是否变化，所以当有 unchangedSvcs 时，可能需要对这些服务的 xDS 做增量更新（只更新 EDS ），也可能是全量更新。什么时候会全量更新呢？当服务的 Resolution 为 DNS 时（可以阅读文档了解 Resolution ）， Endpoint 的 address 都是全域名，需要更新 CDS 才行。

if len(unchangedSvcs) > 0 {
  // If this service entry had endpoints with IPs (i.e. resolution STATIC), then we do EDS update.
  // If the service entry had endpoints with FQDNs (i.e. resolution DNS), then we need to do
  // full push (as fqdn endpoints go via strict_dns clusters in cds).
  currentServiceEntry := curr.Spec.(*networking.ServiceEntry)
  oldServiceEntry := old.Spec.(*networking.ServiceEntry)
  if currentServiceEntry.Resolution == networking.ServiceEntry_DNS {
    if !reflect.DeepEqual(currentServiceEntry.Endpoints, oldServiceEntry.Endpoints) {
      // fqdn endpoints have changed. Need full push
      for _, svc := range unchangedSvcs {
        configsUpdated[model.ConfigKey{
          Kind:      gvk.ServiceEntry,
          Name:      string(svc.Hostname),
          Namespace: svc.Attributes.Namespace}] = struct{}{}
      }
    }
  }
}

当 unchangedSvcs 的 Resolution 为 STATIC 时，只需要增量的更新 EDS 即可：

if len(unchangedSvcs) > 0 && !fullPush {
  // IP endpoints in a STATIC service entry has changed. We need EDS update
  // If will do full-push, leave the edsUpdate to that.
  // XXX We should do edsUpdate for all unchangedSvcs since we begin to calculate service
  // data according to this "configsUpdated" and thus remove the "!willFullPush" condition.
  instances := convertInstances(curr, unchangedSvcs)
  key := configKey{
    kind:      serviceEntryConfigType,
    name:      curr.Name,
    namespace: curr.Namespace,
  }
  // If only instances have changed, just update the indexes for the changed instances.
  s.updateExistingInstances(key, instances)
  s.edsUpdate(instances)
  return
}

如果 configsUpdated 中有值，则需要做 fullPush ，先更新这些服务的 EDS ，再向 pushChannel 发送 fullPush 的 PushRequest :

if fullPush {
  // When doing a full push, for added and updated services trigger an eds update
  // so that endpoint shards are updated.
  var instances []*model.ServiceInstance
  if len(addedSvcs) > 0 {
    instances = append(instances, convertInstances(curr, addedSvcs)...)
  }
  if len(updatedSvcs) > 0 {
    instances = append(instances, convertInstances(curr, updatedSvcs)...)
  }
  if len(unchangedSvcs) > 0 {
    currentServiceEntry := curr.Spec.(*networking.ServiceEntry)
    oldServiceEntry := old.Spec.(*networking.ServiceEntry)
    // Non DNS service entries are sent via EDS. So we should compare and update if such endpoints change.
    if currentServiceEntry.Resolution != networking.ServiceEntry_DNS {
      if !reflect.DeepEqual(currentServiceEntry.Endpoints, oldServiceEntry.Endpoints) {
        instances = append(instances, convertInstances(curr, unchangedSvcs)...)
      }
    }
  }
  s.edsUpdate(instances)

  // If service entry is deleted, cleanup endpoint shards for services.
  for _, svc := range deletedSvcs {
    s.XdsUpdater.SvcUpdate(s.Cluster(), string(svc.Hostname), svc.Attributes.Namespace, model.EventDelete)
  }

  pushReq := &model.PushRequest{
    Full:           true,
    ConfigsUpdated: configsUpdated,
    Reason:         []model.TriggerReason{model.ServiceUpdate},
  }

  s.XdsUpdater.ConfigUpdate(pushReq)
}

至此， ServiceEntryStore 是如何处理 ServiceEntry 和 WorkloadEntry 的逻辑就介绍完了。其余像 ServiceEntry 选择集群内的 Pods 、 Kubernetes 原生 Service 选择 WorkloadEntry 的用法读者感兴趣可以自行研究相关源码。

其余注册中心的处理逻辑如 kube 、 mcp 等可继续关注本系列的其他文章。读者也可以自行尝试走读分析：

// 相关源码目录
kube: pilot/pkg/serviceregistry/kube
mcp: pilot/pkg/serviceregistry/mcp

接下来我们介绍 Pilot Server 中的核心， EnvoyXdsServer 。

Istio Service Mesh
张海东

张海东

多点生活（成都）云原生开发工程师。

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