# 體驗 Istio 強大的 Service Mesh 能力

{%hackmd @k8ssummit/HJIAQ-0VP %}

這是 [Will 保哥](https://www.facebook.com/will.fans) 在 [Kubernetes Summit 2020](https://k8s.ithome.com.tw/) 實戰工作坊 [體驗 Istio 強大的 Service Mesh 能力](https://k8s.ithome.com.tw/hol#workshop1) 的課前準備文件。請有意參加這場實戰工作坊的朋友，請務必事先安裝好實作環境！

**回報實作進度**: https://github.com/doggy8088/IstioHOL/issues

## 課前準備

### 前置條件 (Prerequisites)

本次實戰工作坊需要學員參考本篇文章進行環境設定，以確保實作順利：

- Windows
- 作業系統：Windows 10 版本 2004 (Build 19041) 以上
- 安裝 [Docker Desktop for Windows](https://hub.docker.com/editions/community/docker-ce-desktop-windows) 穩定版本 (Stable)
- 請先安裝好 [Chocolatey](https://chocolatey.org/install) 套件管理器
- 啟用 WSL 2 功能 (Optional)
- 請記得透過 `wsl.exe --set-default-version 2` 將之後安裝的 Distro 預設都調整為 WSL 2 版本
- 官方文件: [Windows Subsystem for Linux Installation Guide for Windows 10](https://docs.microsoft.com/en-us/windows/wsl/install-win10)
- 可以參考 [使用 WSL 2 打造優質的多重 Linux 開發環境](https://blog.miniasp.com/post/2020/07/26/Multiple-Linux-Dev-Environment-build-on-WSL-2) 文章進行調整環境
- 到 **Microsoft Store** 安裝 [Ubuntu 20.04 LTS](https://www.microsoft.com/zh-tw/p/ubuntu-2004-lts/9n6svws3rx71) 應用程式
- macOS
- 作業系統：10.13 以上版本 (Catalina, Mojave, or High Sierra)
- 安裝 [Docker Desktop on Mac](https://docs.docker.com/docker-for-mac/install/) 穩定版本 (Stable)
- 請先安裝好 [Homebrew](https://brew.sh/index_zh-tw) 套件管理器

### 安裝 [KinD](https://kind.sigs.k8s.io/) 命令列工具

- On Mac (homebrew)

    brew install kind

- On Windows

使用 [Chocolatey](https://chocolatey.org/install) 安裝 [Kind](https://chocolatey.org/packages/kind) 套件

    choco install kind -y

如果你已經安裝過 [Docker Desktop for Windows](https://hub.docker.com/editions/community/docker-ce-desktop-windows) 的話，請改用以下命令安裝：

    choco install kind -i -y

也可透過 PowerShell 下載 Windows 執行檔

    curl.exe -Lo kind-windows-amd64.exe https://kind.sigs.k8s.io/dl/v0.9.0/kind-windows-amd64
    Move-Item .\kind-windows-amd64.exe c:\some-dir-in-your-PATH\kind.exe

- On Linux

    curl -Lo ./kind https://kind.sigs.k8s.io/dl/v0.9.0/kind-linux-amd64
    chmod +x ./kind
    sudo mv ./kind /usr/local/bin/kind

- 驗證安裝版本

    kind --version

> ```txt
>kind version 0.9.0
> ```

### 安裝 Kubectl 命令列工具

- On Mac (homebrew)

    brew install kubectl

- On Windows

    choco install kubernetes-cli -y

- On Linux

    curl -sLO "https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/$(curl -s https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/stable.txt)/bin/linux/amd64/kubectl"
    chmod +x ./kubectl
    sudo mv ./kubectl /usr/local/bin/kubectl

- 驗證安裝版本

    kubectl version --client --short

> ```txt
> Client Version: v1.19.1
> ```

### 安裝 kubectx 與 kubens 工具

- 安裝 [kubectx 與 kubens](https://github.com/ahmetb/kubectx) 工具

    sudo apt install pkg-config -y

    wget https://github.com/ahmetb/kubectx/releases/download/v0.9.1/kubectx_v0.9.1_linux_x86_64.tar.gz
    wget https://github.com/ahmetb/kubectx/releases/download/v0.9.1/kubens_v0.9.1_linux_x86_64.tar.gz

    sudo tar zxvf kubectx_v0.9.1_linux_x86_64.tar.gz -C /usr/local/bin kubectx
    sudo tar zxvf kubens_v0.9.1_linux_x86_64.tar.gz -C /usr/local/bin kubens

    sudo git clone https://github.com/ahmetb/kubectx.git /etc/kubectx
    COMPDIR=$(pkg-config --variable=completionsdir bash-completion)
    sudo ln -sf /etc/kubectx/completion/kubens.bash $COMPDIR/kubens
    sudo ln -sf /etc/kubectx/completion/kubectx.bash $COMPDIR/kubectx

    rm kubectx_v0.9.1_linux_x86_64.tar.gz kubens_v0.9.1_linux_x86_64.tar.gz

### 安裝 k9s 工具

- 安裝 k9s 工具

    wget https://github.com/derailed/k9s/releases/download/v0.21.7/k9s_Linux_x86_64.tar.gz
    sudo tar -zxvf k9s_Linux_x86_64.tar.gz -C /usr/local/bin k9s

- 驗證安裝版本

    k9s info

### 建立 KinD 叢集

建立一個有 1 個 control-plane nodes 與 1 個 worker nodes 的 [KinD](https://kind.sigs.k8s.io/docs/user/quick-start/) 叢集：

1. 先建立 `kind-2nodes.yaml` 檔案

    kind: Cluster
    apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
    nodes:
    - role: control-plane
    - role: worker
      extraPortMappings:
      - containerPort: 30080
        hostPort: 80
      - containerPort: 30443
        hostPort: 443
      - containerPort: 32034
        hostPort: 32034
      - containerPort: 30291
        hostPort: 30291
      - containerPort: 31538
        hostPort: 31538
      - containerPort: 31952
        hostPort: 31952
      - containerPort: 31813
        hostPort: 31813

2. 建立叢集

    kind create cluster --config ./kind-2nodes.yaml

3. 如果你從 Windows 建立叢集，但想在 WSL 2 操作 kubectl 的話，請執行以下命令：

    kind export kubeconfig

4. 測試 kubectl 叢集連線

    kubectl cluster-info
    kubectl get nodes

    $ kubectl cluster-info
    Kubernetes master is running at https://127.0.0.1:25783
    KubeDNS is running at https://127.0.0.1:25783/api/v1/namespaces/kube-system/services/kube-dns:dns/proxy

    To further debug and diagnose cluster problems, use 'kubectl cluster-info dump'.

    $ kubectl get nodes
    NAME                  STATUS   ROLES    AGE   VERSION
    kind-control-plane   Ready    master   22m   v1.19.1
    kind-worker          Ready    <none>   21m   v1.19.1

### 測試 Kubernetes 與 Networking 可否正常運作

1. 建立 `mynginx.yaml` 檔案

    cat <<EOF > mynginx.yaml
    apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: web-nginx
      labels:
        app.kubernetes.io/name: nginx
    spec:
      type: NodePort
      ports:
        - name: http
          port: 80
          targetPort: http
          nodePort: 30080
      selector:
        app.kubernetes.io/name: nginx
    ---
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: web-nginx
      labels:
        app.kubernetes.io/name: nginx
    spec:
      selector:
        matchLabels:
          app.kubernetes.io/name: nginx
      replicas: 2
      template:
        metadata:
          labels:
            app.kubernetes.io/name: nginx
        spec:
          containers:
            - name: nginx
              image: docker.io/bitnami/nginx:1.19.1-debian-10-r23
              ports:
                - name: http
                  containerPort: 8080
    EOF

2. 建立 mynginx 服務

    kubectl apply -f mynginx.yaml

3. 測試服務連線是否正常

<http://localhost/>


4. 移除 mynginx 服務

    kubectl delete -f ./mynginx.yaml

## Istio 新手上路

### 安裝 Istio 服務

1. 下載 [Istio](https://istio.io/)

    curl -sL https://istio.io/downloadIstio | sh -
    cd istio-1.*
    export PATH=$PWD/bin:$PATH

    Downloading istio-1.7.2 from https://github.com/istio/istio/releases/download/1.7.2/istio-1.7.2-linux-amd64.tar.gz ...

    Istio 1.7.2 Download Complete!

    Istio has been successfully downloaded into the istio-1.7.2 folder on your system.

    Next Steps:
    See https://istio.io/latest/docs/setup/install/ to add Istio to your Kubernetes cluster.

    To configure the istioctl client tool for your workstation,
    add the /home/will/build/istio-1.7.2/bin directory to your environment path variable with:
            export PATH="$PATH:/home/will/build/istio-1.7.2/bin"

    Begin the Istio pre-installation check by running:
            istioctl x precheck

    Need more information? Visit https://istio.io/latest/docs/setup/install/

2. 安裝 Istio 之前的檢查

    istioctl x precheck

3. 安裝 Istio 服務 ([Installation Guides](https://istio.io/latest/docs/setup/install/))

我們將用 [Install with Istioctl](https://istio.io/latest/docs/setup/install/istioctl/) 文件的說明進行安裝。

測試環境可以用 `demo` 這個 Profile 來進行安裝，但正式環境不建議使用 `demo` Profile 喔！

    istioctl install --set profile=demo

> 更多 Profile 請參考 [Installation Configuration Profiles](https://istio.io/latest/docs/setup/additional-setup/config-profiles/) 文件。

4. 設定 `default` 這個 namespace 啟用自動注入 Sidecar 的 Label

    kubectl label namespace default istio-injection=enabled

列出目前所有 namespace 的 `istio-injection` 狀態

    kubectl get namespace -L istio-injection

5. 部署 Istio 範例應用程式 (`bookinfo`)

    kubectl apply -f samples/bookinfo/platform/kube/bookinfo.yaml

    kubectl get services

    kubectl get pods

    kubectl exec -it $(kubectl get pod -l app=ratings -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}') -c ratings -- curl productpage:9080/productpage | grep -o "<title>.*</title>"

6. 開放應用程式給外部網路連線

    kubectl apply -f samples/bookinfo/networking/bookinfo-gateway.yaml

驗證 Istio 設定是否正確 (因為太容易設定錯誤了，特別寫了一個工具專門用來檢查)

    istioctl analyze

7. 決定 ingress 的 IP 與 Ports

先取得 `istio-system` 負責對外的 `istio-ingressgateway` 服務資訊

    kubectl get svc istio-ingressgateway -n istio-system

由於 KinD 內的服務沒辦法透過 `type: LoadBalancer` 取得 IP 地址，因此必須手動改成 `type: NodePort` 才行！

> [Service | Kubernetes > Type NodePort](https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/service/#nodeport)

請修改 `spec.type` 為 `NodePort`，並調整 `.spec.ports[*].nodePort` 的 Port 埠號。

- 將 `name: http2` 的 `nodePort` 調整為 `30080`
- 將 `name: https` 的 `nodePort` 調整為 `30443`

8. 在 Windows 10 開啟瀏覽器，透過 Istio Gateway 瀏覽網頁！

當你連到 <http://localhost/> 將會看到 HTTP 404 錯誤頁面。

當你連到 <http://localhost/productpage> 就會看到 BookInfo Sample 的首頁！

重新整理 <http://localhost/productpage> 網頁可以看到不同的 **Book Reviews** 內容（來自不同的 Pod 執行結果）

## 服務監控

### 安裝 Grafana 與 Prometheus 服務

1. 安裝 [Grafana](https://istio.io/latest/docs/ops/integrations/grafana/) 與 [Prometheus](https://istio.io/latest/docs/ops/integrations/prometheus/)

    kubectl apply -f samples/addons/prometheus.yaml -f samples/addons/grafana.yaml

2. 開啟 Grafana dashboard 查看 Istio 相關監控數據

透過以下命令可以啟動一個 Proxy 端點，讓你可以透過本機進行瀏覽

> 請注意：每次執行 `istioctl dashboard` 可能會產生不同的 Ports

    $ istioctl dashboard grafana
    http://localhost:3000
    Failed to open browser; open http://localhost:3000 in your browser.


3. 壓力測試

    kubectl exec -it $(kubectl get pod -l app=ratings -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}') -c ratings -- bash
    curl -s productpage:9080/productpage | grep -o "<title>.*</title>"

    while true; do curl -s productpage:9080/productpage | grep -o "<title>.*</title>"; done

## 流量監控

### 安裝 Kiali 服務

1. 安裝 [Kiali](https://istio.io/latest/docs/ops/integrations/kiali/) 為 Istio Addons

    kubectl apply -f samples/addons/kiali.yaml

> 如果執行時有出現錯誤訊息，請重新執行一遍。

2. 開啟 Kiali dashboard 查看 Istio 的所有流量資訊

透過以下命令可以啟動一個 Proxy 端點，讓你可以透過本機進行瀏覽

> 請注意：每次執行 `istioctl dashboard kiali` 可能會產生不同的 Ports

    $ istioctl dashboard kiali
    http://localhost:20001/kiali
    Failed to open browser; open http://localhost:20001/kiali in your browser.

參考下圖進行報表顯示設定，對網站進行壓力測試後，就會看見流量的即時動畫！


3. 壓力測試

    kubectl exec -it $(kubectl get pod -l app=ratings -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}') -c ratings -- bash
    curl -s productpage:9080/productpage | grep -o "<title>.*</title>"

    while true; do curl -s productpage:9080/productpage | grep -o "<title>.*</title>"; done

## 清空資源

### 移除 bookinfo 應用程式

kubectl delete -f samples/bookinfo/platform/kube/bookinfo.yaml

### 移除 Istio 安裝

kubectl label namespace default istio-injection-
kubectl get namespace -L istio-injection

istioctl x uninstall --purge
kubectl delete namespace istio-system

### 刪除 kind 叢集

kind delete cluster

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