eShopOnContainers 知多少[12]:Envoy gateways-技术圈

1. 引言

在最新的eShopOnContainers 3.0 中Ocelot 网关被Envoy Proxy 替换。下面就来简要带大家了解下Envoy，并尝试梳理下为什么要使用Envoy替代Ocelot。

2. Hello Envoy

ENVOY IS AN OPEN SOURCE EDGE AND SERVICE PROXY, DESIGNED FOR CLOUD-NATIVE APPLICATIONS.Enovy(信使) 是一款开源的专为云原生应用设计的服务代理。

2.1. 快速体验

首先基于本地Dockers快速体验一下，先启动本地Docker-Desktop，拉取Envoy镜像：

> docker search envoy-dev
NAME                        DESCRIPTION                                     STARS               OFFICIAL            AUTOMATED
envoyproxy/envoy            Images for tagged releases. Use envoy-dev fo…   96
> docker image pull envoyproxy:envoy-dev
latest: Pulling from envoyproxy/envoy-dev
171857c49d0f: Pull complete
419640447d26: Pull complete
61e52f862619: Pull complete
3f2a8c910457: Pull complete
b2ce823b3fd3: Pull complete
ec09faba9bc7: Pull complete
b0b9168845d0: Pull complete
39a220277151: Pull complete
9081a11f5983: Pull complete
1880b475bc3a: Pull complete
Digest: sha256:cd8dbbbd8ce4c8c6eb52e4f8eebf55f29d1e597ca8311fecf9eda08b8cca813a
Status: Downloaded newer image for envoyproxy/envoy-dev:latest
docker.io/envoyproxy/envoy-dev:latest

该Docker 镜像将包含最新版本的 Envoy 和一个基本的 Envoy 配置，可以将10000端口的入站请求路由到www.google.com。下面启动容器测试：

> docker run -d --name envoy -p 10000:10000 envoyproxy/envoy-dev:latest
27e422f34b389d99e9180e47d8109a19975ccd139f42ac2f4fa9f724906b72f6
> docker ps | findstr 'envoy'
27e422f34b38        envoyproxy/envoy-dev:latest   "/docker-entrypoint.??   2 minutes ago        Up 2 minutes       0.0.0.0:10000->10000/tcp   envoy
> curl -I http://localhost:10000
HTTP/1.1 200 OK
content-type: text/html; charset=ISO-8859-1
p3p: CP="This is not a P3P policy! See g.co/p3phelp for more info."
date: Sat, 17 Oct 2020 04:38:38 GMT
server: envoy
x-xss-protection: 0
x-frame-options: SAMEORIGIN
expires: Sat, 17 Oct 2020 04:38:38 GMT
cache-control: private
set-cookie: 1P_JAR=2020-10-17-04; expires=Mon, 16-Nov-2020 04:38:38 GMT; path=/; domain=.google.com; Secure
set-cookie: NID=204=h0EoJXNOTbQA11L-tVowqcwloS0-BCTR71IeN4irsmpubdPIIS4sU8Gco79pt1NhONAxxFdUJ46SKvbX4Ni-jKMWbSW0k_kn3fFkVrfLm7OOBbAtUWtxGGOCRJGbSNIRyOPfDB7_wMngEWW3yoFEs9diSCtZK9DWFZdtJJZtWuI; expires=Sun, 18-Apr-2021 04:38:38 GMT; path=/; domain=.google.com; HttpOnly
alt-svc: h3-Q050=":443"; ma=2592000,h3-29=":443"; ma=2592000,h3-27=":443"; ma=2592000,h3-T051=":443"; ma=2592000,h3-T050=":443"; ma=2592000,h3-Q046=":443"; ma=2592000,h3-Q043=":443"; ma=2592000,quic=":443"; ma=2592000; v="46,43"
x-envoy-upstream-service-time: 37
transfer-encoding: chunked

PS: 请确保本地机器能访问Google，否则curl -I http://localhost:10000 会出错。

接下来我们进入容器内部，查看下配置文件，默认路径为/etc/envoy/envoy.yaml：

docker exec -it envoy /bin/bash
root@27e422f34b38:/# cat /etc/envoy/envoy.yaml
admin:
  access_log_path: /tmp/admin_access.log
  address:
    socket_address:
      protocol: TCP
      address: 127.0.0.1
      port_value: 9901
static_resources:
  listeners:
  - name: listener_0
    address:
      socket_address:
        protocol: TCP
        address: 0.0.0.0
        port_value: 10000
    filter_chains:
    - filters:
      - name: envoy.filters.network.http_connection_manager
        typed_config:
          "@type": type.googleapis.com/envoy.extensions.filters.network.http_connection_manager.v3.HttpConnectionManager
          stat_prefix: ingress_http
          route_config:
            name: local_route
            virtual_hosts:
            - name: local_service
              domains: ["*"]
              routes:
              - match:
                  prefix: "/"
                route:
                  host_rewrite_literal: www.google.com
                  cluster: service_google
          http_filters:
          - name: envoy.filters.http.router
  clusters:
  - name: service_google
    connect_timeout: 30s
    type: LOGICAL_DNS
    # Comment out the following line to test on v6 networks
    dns_lookup_family: V4_ONLY
    lb_policy: ROUND_ROBIN
    load_assignment:
      cluster_name: service_google
      endpoints:
      - lb_endpoints:
        - endpoint:
            address:
              socket_address:
                address: www.google.com
                port_value: 443
    transport_socket:
      name: envoy.transport_sockets.tls
      typed_config:
        "@type": type.googleapis.com/envoy.extensions.transport_sockets.tls.v3.UpstreamTlsContext
        sni: www.google.com

我们把上面的配置文件拷贝到本地，将上面的www.google.com改为www.baidu.com，将admin.address.socket_address.address: 127.0.0.1改为0.0.0.0，然后把配置文件命名为envoy-baidu.yaml，然后挂载到容器的/etc/envoy/envoy.yaml。

> docker run --rm -d --name envoy-baidu-v $Home/k8s/envoy-baidu.yaml:/etc/envoy/envoy.yaml -p 9901:9901 -p 15001:15001 envoyproxy/envoy-dev:latest
> docker ps | findstr 'envoy'
f07f6a1e9305        envoyproxy/envoy-dev:latest   "/docker-entrypoint.??   2 minutes ago       Up 2 minutes        10000/tcp, 0.0.0.0:9901->9901/tcp, 0.0.0.0:15001->15001/tcp   envoy-baidu
3cd12b5f6ddd        envoyproxy/envoy-dev:latest   "/docker-entrypoint.??   About an hour ago   Up About an hour    0.0.0.0:10000->10000/tcp              envoy
> curl -I http://localhost:15001
HTTP/1.1 200 OK
accept-ranges: bytes
cache-control: private, no-cache, no-store, proxy-revalidate, no-transform
content-length: 277
content-type: text/html
date: Sat, 17 Oct 2020 05:41:01 GMT
etag: "575e1f65-115"
last-modified: Mon, 13 Jun 2016 02:50:13 GMT
pragma: no-cache
server: envoy
x-envoy-upstream-service-time: 24

使用浏览器访问http://localhost:9901即可访问envoy管理页面，如下图所示：

2.2. 配置简介

第一次看Envoy的配置文件，和第一次接触Nginx的配置文件一样，绝对一脸懵逼。没关系，咱们来理一理。

作为一个代理，不管是Nginx、HAProxy，还是Envoy，其处理流程都是一样的。其首先都是要监听指定端口获取请求流量，然后分析请求数据，进行请求转发。脑补完大致流程后，再来看 Envoy 是如何组织配置信息的。先来了几个核心配置：

listener : Envoy 的监听地址，用来接收请求，处理入站请求。Envoy 会暴露一个或多个 Listener 来监听客户端的请求。
filter : 过滤器是处理入站和出站流量的链式结构的一部分。在过滤器链上可以集成很多特定功能的过滤器，例如，通过集成 GZip 过滤器可以在数据发送到客户端之前压缩数据。
route_config : 路由规则配置。即将请求路由到后端的哪个集群。
cluster : 集群定义了流量的目标端点，同时还包括一些其他可选配置，如负载均衡策略等。

整体流程如下图所示：

图片来源：https://fuckcloudnative.io/envoy-handbook/docs/gettingstarted/quick-start/

2.3. 代理 ASP.NET Core WebApi

有了上面的基础，下面尝试使用Envoy代理ASP.NET Core WebApi。首先创建两个简单API，然后创建一个Envoy配置文件，最后通过docker compose启动三个容器进行测试。由于项目文件结构简单，这里不再过多阐述，主要包含四个部分：

City Api
Weather Api
Envoy 代理配置
docker compose 配置

整体解决方案如下图所示。源码路径：K8S.NET.Envoy。

Envoy 代理配置基于第一节的基础上进行修改，如下所示：

admin:
  access_log_path: /tmp/admin_access.log
  address:
    socket_address:
      protocol: TCP
      address: 0.0.0.0
      port_value: 9903
static_resources:
  listeners:
    - name: listener_0
      address:
        socket_address:
          protocol: TCP
          address: 0.0.0.0
          port_value: 10003
      filter_chains:
        - filters:
            - name: envoy.filters.network.http_connection_manager
              typed_config:
                "@type": type.googleapis.com/envoy.config.filter.network.http_connection_manager.v2.HttpConnectionManager
                stat_prefix: ingress_http
                route_config:
                  name: local_route
                  virtual_hosts:
                    - name: local_service
                      domains: ["*"]
                      routes:
                        - match:
                            prefix: "/c"
                          route:
                            prefix_rewrite: "/city"
                            cluster: city_service
                        - match:
                            prefix: "/w"
                          route:
                            prefix_rewrite: "/weather"
                            cluster: weather_service
                http_filters:
                  - name: envoy.filters.http.router
  clusters:
    - name: city_service
      connect_timeout: 0.25s
      type: LOGICAL_DNS
      # Comment out the following line to test on v6 networks
      dns_lookup_family: V4_ONLY
      lb_policy: ROUND_ROBIN
      load_assignment:
        cluster_name: city_service
        endpoints:
          - lb_endpoints:
              - endpoint:
                  address:
                    socket_address:
                      address: cityapi
                      port_value: 80
    - name: weather_service
      connect_timeout: 0.25s
      type: LOGICAL_DNS
      # Comment out the following line to test on v6 networks
      dns_lookup_family: V4_ONLY
      lb_policy: ROUND_ROBIN
      load_assignment:
        cluster_name: weather_service
        endpoints:
          - lb_endpoints:
              - endpoint:
                  address:
                    socket_address:
                      address: weatherapi
                      port_value: 80

以上配置Envoy监听10003端口，通过指定prefix_rewrite重写前缀，将/c路由至cityapi的/city路径，将/w路由至weatherapi的/weather路径。

docker-compose配置如下：

version: '3'
services:
  envoygateway:
    build: Envoy/
    ports:
      - "9903:9903"
      - "10003:10003"
    volumes:
      - ./Envoy/envoy.yaml:/etc/envoy/envoy.yaml
  cityapi:
    build: K8S.NET.CityApi/
    ports:
      - "8080:80"
    environment:
      ASPNETCORE_URLS: "http://+"
      ASPNETCORE_ENVIRONMENT: "Development"

  weatherapi:
    build: K8S.NET.WeatherApi/
    ports:
      - "8082:80"
    environment:
      ASPNETCORE_URLS: "http://+"
      ASPNETCORE_ENVIRONMENT: "Development"

从上可以看到，主要用来启动三个服务：

envoy gateway：其中将项目路径下/Envoy/envoy.yaml挂载到容器目录/etc/envoy/envoy.yaml。同时暴露2个端口，9903，10003。
city api
weather api

因此最终可以通过以下路径进行访问：

http://localhost:10003/c 访问city api。
http://localhost:10003/w 访问weather api。

执行以下命令，启动应用和代理，并测试：

> docker-compose up -d
Starting k8snetenvoy_envoygateway_1 ... done
Starting k8snetenvoy_cityapi_1      ... done
Starting k8snetenvoy_weatherapi_1   ... done
> docker-compose ps
           Name                         Command               State                         Ports
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
k8snetenvoy_cityapi_1        dotnet K8S.NET.CityApi.dll       Up      443/tcp, 0.0.0.0:8080->80/tcp
k8snetenvoy_envoygateway_1   /docker-entrypoint.sh envo ...   Up      10000/tcp, 0.0.0.0:10003->10003/tcp,
                                                                      0.0.0.0:9903->9903/tcp
k8snetenvoy_weatherapi_1     dotnet K8S.NET.WeatherApi.dll    Up      443/tcp, 0.0.0.0:8082->80/tcp

> curl http://localhost:10003/c
Shanghai
> curl http://localhost:10003/w
Cool

3. eShopOnContainers 中的应用

eShopOnContainer 中主要定义了四个API 网关（BFF 模式），服务间通信方式主要有两种，一种是HTTP，一种是gRPC。如果启用Service Mesh并且部署至K8S，服务整体通信架构如下图所示：

有两点需要补充说明：

Linkerd是一种Service Mesh，其核心思想是借助Sidecar模式无侵入式对应用进行服务治理，包括服务发现、流量管理、负载均衡、路由等。
了解过Istio（目前比较流行的Service Mesh）应该知道，Envoy在Istio中作为Sidecar而存在，而在eShopOnContainers中Envoy被充当API Gateways。

基于上面的基础，再来看eShopOnContainers中的配置，其实就很明白了，主要是配置文件从Ocelot 转变到envoy.yaml，配置如下图所示。

路由配置如下：

/m/ 、/marketing-api/ 路由至：marketing api
/c/、/catalog-api/ 路由至：catalog api
/o/、/ordering-api/ 路由至：ordering api
/b/、/basket-api/ 路由至：basket api
/ 路由至：web bff aggregator api

部署时，基于helm将envoy.yaml保存至ConfigMap，在基于envoyproxy/enovy镜像构建容器，将配置从ConfigMap挂载到容器中，容器内部即可基于配置启动Envoy 网关了。

4. Why Envoy

经过上面的了解发现，Envoy还是充当的网关角色，那为什么要替换呢？先来了解下Envoy的优势：

非侵入式架构 : Envoy 基于Sidecar模式，是一个独立进程，对应用透明。（在eShopOnContainer中还是独立的网关项目，并非以Sidecar模式注入到服务中。）
基于C++开发实现：拥有强大的定制化能力和优异的性能。
L3/L4/L7 架构 : 传统的网络代理，要么在 HTTP 层工作，要么在 TCP 层工作。而Envoy 同时支持 3/4 层和 7 层代理。
顶级 HTTP/2 支持 : 它将 HTTP/2 视为一等公民，并且可以在 HTTP/2 和 HTTP/1.1 之间相互转换（双向），建议使用 HTTP/2。
gRPC 支持 : Envoy 完美支持 HTTP/2，也可以很方便地支持 gRPC (gRPC 使用 HTTP/2 作为底层多路复用传输协议)。
服务发现和动态配置 : 与 Nginx 等代理的热加载不同，Envoy 可以通过 API 接口动态更新配置，无需重启代理。
特殊协议支持 : Envoy 支持对特殊协议在 L7 进行嗅探和统计，包括：MongoDB、DynamoDB 等。
可观测性 : Envoy 内置 stats 模块，可以集成诸如 prometheus/statsd 等监控方案。还可以集成分布式追踪系统，对请求进行追踪。

再来看下Ocelot：其本质还是ASP.NET Core中的一个请求中间件。只能进行7层代理，不支持 gRPC，不支持监控。因此总体而言，Envoy更契合云原生对网络代理的诉求。

5. 总结

本文简要梳理了Envoy的基本用法，以及其在eShopOnContainers中的运用。Envoy作为一个比肩Nginx的服务代理，其特性在Service Mesh中有着灵活的运用。本文就讲到这里了，下次有机会在和大家分享下Envoy在Service Mesh中的应用。

参考资料：
Envoy 介绍 - Envoy 中文指南
Build an API Gateway with Envoy and use with .NET Core APIs