Istio Sidecar注入原理
简单来说，Sidecar 注入会将额外容器的配置添加到 Pod 模板中。这里特指将Envoy容器注应用所在Pod中。
Istio 服务网格目前所需的容器有：
istio-init 用于设置 iptables 规则，以便将入站/出站流量通过 Sidecar 代理。
概念
简单来说，Sidecar 注入会将额外容器的配置添加到 Pod 模板中。这里特指将Envoy容器注应用所在Pod中。
Istio 服务网格目前所需的容器有：
istio-init 用于设置 iptables 规则，以便将入站/出站流量通过 Sidecar 代理。
初始化容器与应用程序容器在以下方面有所不同：
- 它在启动应用容器之前运行，并一直运行直至完成。
- 如果有多个初始化容器，则每个容器都应在启动下一个容器之前成功完成。
因此，您可以看到，对于不需要成为实际应用容器一部分的设置或初始化作业来说，这种容器是多么的完美。在这种情况下，istio-init 就是这样做并设置了 iptables 规则。
istio-proxy 这个容器是真正的 Sidecar 代理（基于 Envoy）。
下面的内容描述了向 pod 中注入 Istio Sidecar 的两种方法：
- 使用
istioctl手动注入 - 启用 pod 所属命名空间的 Istio Sidecar 注入器自动注入。
手动注入直接修改配置，如 deployment，并将代理配置注入其中。
当 pod 所属namespace启用自动注入后，自动注入器会使用准入控制器在创建 Pod 时自动注入代理配置。
通过应用 istio-sidecar-injector ConfigMap 中定义的模版进行注入。
自动注入
当你在一个namespace中设置了 istio-injection=enabled 标签，且 injection webhook 被启用后，任何新的 pod 都有将在创建时自动添加 Sidecar. 请注意，区别于手动注入，自动注入发生在 pod 层面。你将看不到 deployment 本身有任何更改 。
kubectl label namespace default istio-inhection=enabled
kubectl get namespace -L istio-injection
NAME STATUS AGE ISTIO-INJECTION
default Active 1h enabled
istio-system Active 1h
kube-public Active 1h
kube-system Active 1h
注入发生在 pod 创建时。杀死正在运行的 pod 并验证新创建的 pod 是否注入 sidecar。原来的 pod 具有 READY 为 1/1 的容器，注入 sidecar 后的 pod 则具有 READY 为 2/2 的容器 。
自动注入原理
自动注入是利用了k8s Admission webhook 实现的。 Admission webhook 是一种用于接收准入请求并对其进行处理的 HTTP 回调机制， 它可以更改发送到 API 服务器的对象以执行自定义的设置默认值操作。 具体细节可以查阅 Admission webhook 文档。
istio 对应的istio-sidecar-injector webhook配置，默认会回调istio-sidecar-injector service的/inject 地址。
apiVersion: admissionregistration.k8s.io/v1beta1
kind: MutatingWebhookConfiguration
metadata:
name: istio-sidecar-injector
webhooks:
- name: sidecar-injector.istio.io
clientConfig:
service:
name: istio-sidecar-injector
namespace: istio-system
path: "/inject"
caBundle: ${CA_BUNDLE}
rules:
- operations: [ "CREATE" ]
apiGroups: [""]
apiVersions: ["v1"]
resources: ["pods"]
namespaceSelector:
matchLabels:
istio-injection: enabled
回调API入口代码在 pkg/kube/inject/webhook.go 中
// 创建一个用于自动注入sidecar的新实例
func NewWebhook(p WebhookParameters) (*Webhook, error) {
// ...省略一万字...
wh := &Webhook{
Config: sidecarConfig,
sidecarTemplateVersion: sidecarTemplateVersionHash(sidecarConfig.Template),
meshConfig: p.Env.Mesh(),
configFile: p.ConfigFile,
valuesFile: p.ValuesFile,
valuesConfig: valuesConfig,
watcher: watcher,
healthCheckInterval: p.HealthCheckInterval,
healthCheckFile: p.HealthCheckFile,
env: p.Env,
revision: p.Revision,
}
//api server 回调函数,监听/inject回调
p.Mux.HandleFunc("/inject", wh.serveInject)
p.Mux.HandleFunc("/inject/", wh.serveInject)
// ...省略一万字...
return wh, nil
}
serveInject逻辑
func (wh *Webhook) serveInject(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
// ...省略一万字...
var reviewResponse *v1beta1.AdmissionResponse
ar := v1beta1.AdmissionReview{}
if _, _, err := deserializer.Decode(body, nil, &ar); err != nil {
handleError(fmt.Sprintf("Could not decode body: %v", err))
reviewResponse = toAdmissionResponse(err)
} else {
//执行具体的inject逻辑
reviewResponse = wh.inject(&ar, path)
}
// 响应inject sidecar后的内容给k8s api server
response := v1beta1.AdmissionReview{}
if reviewResponse != nil {
response.Response = reviewResponse
if ar.Request != nil {
response.Response.UID = ar.Request.UID
}
}
// ...省略一万字...
}
// 注入逻辑实现
func (wh *Webhook) inject(ar *v1beta1.AdmissionReview, path string) *v1beta1.AdmissionResponse {
// ...省略一万字...
// injectRequired判断是否有设置自动注入
if !injectRequired(ignoredNamespaces, wh.Config, &pod.Spec, &pod.ObjectMeta) {
log.Infof("Skipping %s/%s due to policy check", pod.ObjectMeta.Namespace, podName)
totalSkippedInjections.Increment()
return &v1beta1.AdmissionResponse{
Allowed: true,
}
}
// ...省略一万字...
// 返回需要注入Pod的对象
spec, iStatus, err := InjectionData(wh.Config.Template, wh.valuesConfig, wh.sidecarTemplateVersion, typeMetadata, deployMeta, &pod.Spec, &pod.ObjectMeta, wh.meshConfig, path) // nolint: lll
if err != nil {
handleError(fmt.Sprintf("Injection data: err=%v spec=%vn", err, iStatus))
return toAdmissionResponse(err)
}
// 执行容器注入逻辑
patchBytes, err := createPatch(&pod, injectionStatus(&pod), wh.revision, annotations, spec, deployMeta.Name, wh.meshConfig)
if err != nil {
handleError(fmt.Sprintf("AdmissionResponse: err=%v spec=%vn", err, spec))
return toAdmissionResponse(err)
}
reviewResponse := v1beta1.AdmissionResponse{
Allowed: true,
Patch: patchBytes,
PatchType: func() *v1beta1.PatchType {
pt := v1beta1.PatchTypeJSONPatch
return &pt
}(),
}
return &reviewResponse
}
injectRequired函数
func injectRequired(ignored []string, config *Config, podSpec *corev1.PodSpec, metadata *metav1.ObjectMeta) bool {
// HostNetwork模式直接跳过注入
if podSpec.HostNetwork {
return false
}
// k8s系统命名空间(kube-system/kube-public)跳过注入
for _, namespace := range ignored {
if metadata.Namespace == namespace {
return false
}
}
annos := metadata.GetAnnotations()
if annos == nil {
annos = map[string]string{}
}
var useDefault bool
var inject bool
// 优先判断是否申明了`sidecar.istio.io/inject` 注解，会覆盖命名配置
switch strings.ToLower(annos[annotation.SidecarInject.Name]) {
case "y", "yes", "true", "on":
inject = true
case "":
// 使用命名空间配置
useDefault = true
}
// 指定Pod不需要注入Sidecar的标签选择器
if useDefault {
for _, neverSelector := range config.NeverInjectSelector {
selector, err := metav1.LabelSelectorAsSelector(&neverSelector)
if err != nil {
} else if !selector.Empty() && selector.Matches(labels.Set(metadata.Labels))
// 设置不需要注入
inject = false
useDefault = false
break
}
}
}
// 总是将 sidecar 注入匹配标签选择器的 pod 中，而忽略全局策略
if useDefault {
for _, alwaysSelector := range config.AlwaysInjectSelector {
selector, err := metav1.LabelSelectorAsSelector(&alwaysSelector)
if err != nil {
log.Warnf("Invalid selector for AlwaysInjectSelector: %v (%v)", alwaysSelector, err)
} else if !selector.Empty() && selector.Matches(labels.Set(metadata.Labels)){ // 设置需要注入
inject = true
useDefault = false
break
}
}
}
// 如果都没有配置则使用默认注入策略
var required bool
switch config.Policy {
default: // InjectionPolicyOff
log.Errorf("Illegal value for autoInject:%s, must be one of [%s,%s]. Auto injection disabled!",
config.Policy, InjectionPolicyDisabled, InjectionPolicyEnabled)
required = false
case InjectionPolicyDisabled:
if useDefault {
required = false
} else {
required = inject
}
case InjectionPolicyEnabled:
if useDefault {
required = true
} else {
required = inject
}
}
return required
}
从上面我们可以看出，是否注入Sidecar的优先级为
Pod Annotations → NeverInjectSelector → AlwaysInjectSelector → Default Policy
createPath函数
func createPatch(pod *corev1.Pod, prevStatus *SidecarInjectionStatus, revision string, annotations map[string]string,
sic *SidecarInjectionSpec, workloadName string, mesh *meshconfig.MeshConfig) ([]byte, error) {
var patch []rfc6902PatchOperation
// ...省略一万字...
// 注入初始化启动容器
patch = append(patch, addContainer(pod.Spec.InitContainers, sic.InitContainers, "/spec/initContainers")...)
// 注入Sidecar容器
patch = append(patch, addContainer(pod.Spec.Containers, sic.Containers, "/spec/containers")...)
// 注入挂载卷
patch = append(patch, addVolume(pod.Spec.Volumes, sic.Volumes, "/spec/volumes")...)
patch = append(patch, addImagePullSecrets(pod.Spec.ImagePullSecrets, sic.ImagePullSecrets, "/spec/imagePullSecrets")...)
// 注入新注解
patch = append(patch, updateAnnotation(pod.Annotations, annotations)...)
// ...省略一万字...
return json.Marshal(patch)
}
总结：可以看到，整个注入过程实际就是原本的Pod配置反解析成Pod对象，把需要注入的Yaml内容(如:Sidecar)反序列成对象然后append到对应Pod (如：Container)上，然后再把修改后的Pod重新解析成yaml 内容返回给k8s的api server，然后k8s 拿着修改后内容再将这两个容器调度到同一台机器进行部署，至此就完成了对应Sidecar的注入。
卸载 sidecar 自动注入器
kubectl delete mutatingwebhookconfiguration istio-sidecar-injector
kubectl -n istio-system delete service istio-sidecar-injector
kubectl -n istio-system delete deployment istio-sidecar-injector
kubectl -n istio-system delete serviceaccount istio-sidecar-injector-service-account
kubectl delete clusterrole istio-sidecar-injector-istio-system
kubectl delete clusterrolebinding istio-sidecar-injector-admin-role-binding-istio-system
上面的命令不会从 pod 中移除注入的 sidecar。需要进行滚动更新或者直接删除对应的pod，并强制 deployment 重新创建新pod。
手动注入 sidecar
手动注入 deployment ，需要使用 使用 istioctl kube-inject
使用手动注入前先关闭自动注入
kubectl label namespace default istio-injection=disabled
使用istioctl手动注入
istioctl kube-inject -f samples/sleep/sleep.yaml | kubectl apply -f -
我们可以查看对应的deployment 明细
describe deployment sleep
Name: sleep
Namespace: default
CreationTimestamp: Wed, 27 May 2020 10:45:23 +0800
Annotations: deployment.kubernetes.io/revision: 1
Selector: app=sleep
Pod Template:
Labels: app=sleep
istio.io/rev=
security.istio.io/tlsMode=istio
Annotations: sidecar.istio.io/interceptionMode: REDIRECT
sidecar.istio.io/status:
{"version":"d36ff46d2def0caba37f639f09514b17c4e80078f749a46aae84439790d2b560","initContainers":["istio-init"],"containers":["istio-proxy"]...
traffic.sidecar.istio.io/excludeInboundPorts: 15020
traffic.sidecar.istio.io/includeOutboundIPRanges: *
Service Account: sleep
Init Containers:
istio-init:
Image: docker.io/istio/proxyv2:1.6.0
Port: <none>
Host Port: <none>
Args:
istio-iptables
-p
15001
-z
15006
-u
1337
-m
REDIRECT
-i
*
-x
-b
*
-d
15090,15021,15020
Containers:
sleep:
Image: governmentpaas/curl-ssl
Port: <none>
Host Port: <none>
Command:
/bin/sleep
3650d
Environment: <none>
Mounts:
/etc/sleep/tls from secret-volume (rw)
istio-proxy:
Image: docker.io/istio/proxyv2:1.6.0
Port: 15090/TCP
Host Port: 0/TCP
Args:
proxy
sidecar
--domain
$(POD_NAMESPACE).svc.cluster.local
--serviceCluster
sleep.$(POD_NAMESPACE)
--proxyLogLevel=warning
--proxyComponentLogLevel=misc:error
--trust-domain=cluster.local
--concurrency
2
可以看到，相比原始的deployment.yaml文件多出了两个容器，这两个容器的作用后面单独写一篇文章来分析：
Init Containers下的istio-initContainers下的istio-proxy
上面两个容器的注入，默认情况下将使用集群内的配置，或者使用该配置的本地副本来完成注入。
kubectl -n istio-system get configmap istio-sidecar-injector -o=jsonpath='{.data.config}' > inject-config.yaml
kubectl -n istio-system get configmap istio-sidecar-injector -o=jsonpath='{.data.values}' > inject-values.yaml
kubectl -n istio-system get configmap istio -o=jsonpath='{.data.mesh}' > mesh-config.yaml
指定输入文件，运行 kube-inject 并部署
istioctl kube-inject \
--injectConfigFile inject-config.yaml \
--meshConfigFile mesh-config.yaml \
--valuesFile inject-values.yaml \
--filename samples/sleep/sleep.yaml \
| kubectl apply -f -
验证 sidecar 已经被注入到 READY 列下 2/2 的 sleep pod 中
kubectl get pod -l app=sleep
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
sleep-64c6f57bc8-f5n4x 2/2 Running 0 24s
查看对应pod中的容器
kubectl get pods -o jsonpath="{.items[*].spec.containers[*].image}" | tr -s '[[:space:]]' '\n' | sort
docker.io/istio/proxyv2:1.6.0
governmentpaas/curl-ssl
手动注入的代码入口在 istioctl/cmd/kubeinject.go
手工注入跟自动注入还是有些差异的。手动注入是改变了Deployment。我们可以看下它具体做了哪些动作：
Deployment注入前配置：
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: sleep
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels:
app: sleep
template:
metadata:
labels:
app: sleep
spec:
serviceAccountName: sleep
containers:
- name: sleep
image: governmentpaas/curl-ssl
command: ["/bin/sleep", "3650d"]
imagePullPolicy: IfNotPresent
volumeMounts:
- mountPath: /etc/sleep/tls
name: secret-volume
volumes:
- name: secret-volume
secret:
secretName: sleep-secret
optional: true
Deployment注入后配置：
kubectl get deployment sleep -o yaml > sleep.yaml
less sleep.yaml
这里只保留跟注入容器有关的部分内容
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
annotations:
deployment.kubernetes.io/revision: "1"
generation: 1
name: sleep
namespace: default
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels:
app: sleep
template:
metadata:
annotations:
sidecar.istio.io/interceptionMode: REDIRECT
labels:
app: sleep
istio.io/rev: ""
security.istio.io/tlsMode: istio
spec:
containers:
- command:
- /bin/sleep
- 3650d
image: governmentpaas/curl-ssl
imagePullPolicy: IfNotPresent
name: sleep
resources: {}
terminationMessagePath: /dev/termination-log
terminationMessagePolicy: File
volumeMounts:
- mountPath: /etc/sleep/tls
name: secret-volume
- args:
- proxy
- sidecar
- --domain
- $(POD_NAMESPACE).svc.cluster.local
- --serviceCluster
- sleep.$(POD_NAMESPACE)
- --proxyLogLevel=warning
- --proxyComponentLogLevel=misc:error
- --trust-domain=cluster.local
- --concurrency
- "2"
image: docker.io/istio/proxyv2:1.6.0
imagePullPolicy: Always
name: istio-proxy
ports:
- containerPort: 15090
name: http-envoy-prom
protocol: TCP
dnsPolicy: ClusterFirst
initContainers:
- args:
- istio-iptables
- -p
- "15001"
- -z
- "15006"
- -u
- "1337"
- -m
- REDIRECT
- -i
- '*'
- -x
- ""
- -b
- '*'
- -d
- 15090,15021,15020
env:
- name: DNS_AGENT
image: docker.io/istio/proxyv2:1.6.0
imagePullPolicy: Always
name: istio-init
restartPolicy: Always
可见新增了一个容器镜像
image: docker.io/istio/proxyv2:1.6.0
那么注入的内容模板从哪里获取，这里有两个选项。
- —injectConfigFile 指定对应的注入文件
- —injectConfigMapName 注入配置的 ConfigMap 名称
如果在操作时发现Sidecar没有注入成功可以根据注入的方式查看上面的注入流程来查找问题。
参考文献
https://kubernetes.io/zh/docs/reference/access-authn-authz/admission-controllers/
https://istio.io/zh/docs/reference/commands/istioctl/#istioctl-kube-inject
