保姆级教程,从概念到实践帮你快速上手 Apache APISIX Ingress

高可用架构 2021-10-15 09:42

作者:张晋涛,Apache APISIX Committer、Kubernetes Ingress Nginx Reviewer,多个云原生开源项目的贡献者。

Apache APISIX Ingress 概览

Apache APISIX Ingress 定义

在 K8s 生态中,Ingress 作为表示 K8s 流量入口的一种资源,想要让其生效,就需要有一个 Ingress Controller 去监听 K8s 中的 Ingress 资源,并对这些资源进行相应规则的解析和实际承载流量。在当下趋势中,像 Kubernetes Ingress Nginx 就是使用最广泛的 Ingress Controller 实现。


而 APISIX Ingress 则是另一种 Ingress Controller 的实现。跟 Kubernetes Ingress Nginx 的区别主要在于 APISIX Ingress 是以 Apache APISIX 作为实际承载业务流量的数据面。如下图所示,当用户请求到具体的某一个服务/API/网页时,通过外部代理将整个业务流量/用户请求传输到 K8s 集群,然后经过 APISIX Ingress 进行后续处理。       


从上图可以看到,APISIX Ingress 分成了两部分。一部分是 APISIX Ingress Controller,作为控制面它将完成配置管理与分发。另一部分 APISIX Proxy Pod 负责承载业务流量,它是通过 CRD(Custom Resource Definitions) 的方式实现的。Apache APISIX Ingress 除了支持自定义资源外,还支持原生的 K8s Ingress 资源。


Apache APISIX 简述

前边我们提到了 APISIX Ingress 是采用 Apache APISIX 作为实际承载业务流量的数据面,那么 Apache APISIX 项目又是做什么的呢?

               

Apache APISIX 是 Apache 基金会旗下的顶级开源项目,也是当前最活跃的开源网关项目。作为一个动态、实时、高性能的开源 API 网关,Apache APISIX 提供了负载均衡、动态上游、灰度发布、服务熔断、身份认证、可观测性等丰富的流量管理功能。


Apache APISIX 可以帮助企业快速、安全地处理 API 和微服务流量,比如限流认证、日志安全功能,以及支持丰富的自定义插件。目前也与很多开源项目如 Apache SkyWalking、Prometheus 等之类的组件进行了相关集成。

APISIX Ingress vs K8s Ingress Nginx

因为本人同时参与到了 APISIX Ingress 与 K8s Ingress Nginx 两个项目的开发和维护,所以很多人也会问我,这两个项目做比较的话,到底该如何选择?或者说为什么有了 K8s Ingress Nginx 还要再做 APISIX Ingress。

配置层面

在 APISIX Ingress 中,我们增加了一些丰富且灵活的配置,比如通过单个配置文件去实现灰度部署。但在 K8s Ingress Nginx 中去实现如上效果的话,最少也需要有两个 Ingress 资源文件才可以完成。

丰富度

在丰富度上,由于 Apache APISIX 本身的自带功能丰富且允许多种插件扩展使用,所以使用 APISIX Ingress 就可以省去自己额外配置功能的繁琐步骤,可以将更多的时间投入到实际开发中。

架构分离

APISIX Ingress 采用了数据面与控制面的分离架构,所以用户可以选择将数据面部署在 K8s 集群内部/外部。但 K8s Ingress Nginx 是将控制面和数据面放在了同一个 Pod 中,如果 Pod 或控制面出现一点闪失,整个 Pod 就会挂掉,进而影响到业务流量。


这种架构分离,给用户提供了比较方便的部署选择,同时在业务架构调整场景下,也方便进行相关数据的迁移与使用。

APISIX Ingress 特性详解

由于 Apache APISIX 是一个全动态的高性能网关,所以在 APISIX Ingress 自身就支持了全动态,包括路由、SSL 证书、上游以及插件等等。


同时 APISIX Ingress 还具有以下特性:


  • 支持 CRD,更容易理解声明式配置;同时状态检查可保证快速掌握声明配置的同步状态

  • 支持高级路由匹配规则以及自定义资源,可与 Apache APISIX 官方 50 多个插件 & 客户自定义插件进行扩展使用

  • 支持 K8s 原生 Ingress 配置

  • 支持流量切分

  • 支持 gRPC plaintext 与 TCP 4 层代理

  • 服务自动注册发现,无惧扩缩容

  • 更灵活的负载均衡策略,自带健康检查功能


以下我们将从 CRD 与自定义资源层面进行详细的介绍。

CRD 扩展

在前面的介绍中我们提到了 CRD,那么 APISIX Ingress 是如何使用 CRD 扩展的?

               

从用户层面来看,当 Client 发起请求,到达 Apache APISIX 后,会直接把相应的业务流量传输到后端(如 Service Pod),从而完成转发过程。此过程不需要经过 Ingress Controller,这样做可以保证一旦有问题出现,或者是进行变更、扩缩容或者迁移处理等,都不会影响到用户和业务流量。


同时在配置端,用户通过 kubectl apply,可将自定义 CRD 配置应用到 K8s 集群。Ingress Controller 会持续 watch 这些资源变更,来将相应配置应用到 Apache APISIX。


自定义资源

APISIX Ingress 目前已经支持的自定义资源主要是以下 5 类,涉及到路由、上游、消费者、证书相关和集群公共配置的相关类别。

APISIX Route(路由)

自定义资源 APISIX Route 中 spec 属性的顶级配置是 http。但其实 spec 是同时支持两种配置的,一种是下图示例的 spec.http,主要用于 7 层代理;另一种是 spec.stream,用于 4 层代理。在配置文件中,我们首先为其自定义了一项规则,即 match 下的相关参数。

               

如上图后端配置示例使用了同一个 Service,实际使用中大家根据场景进行调整即可。需要注意的是,weight 属性是用来配置相关 Service 权重。通过以上配置,从而实现一套完整的路由自定义资源。

APISIX Upstream(上游)

在配置 APISIX Upstream 时,需要注意 name 的内容要与 K8s 集群的 Service 保持一致,这样可以保证后续 APISIX Ingress Controller 准确匹配其相应流量。

               

在配置文件中,spec.loadbalancer 主要负责负载均衡策略的设置,有多种策略模式可供选择。spec.scheme 则是协议类型的配置,目前只支持 HTTP 和 gRPC 协议。spec.healthCheck 主要是对健康检查功能进行设置,比如设置其活跃状态、生效协议与路径和最终反馈等参数配置。

APISIX Consumer(消费者)

在 APISIX Consumer 配置中,主要是增加了认证相关的功能,比如 spec.authParameter,目前该配置参数支持 BasicAuth 与 KeyAuth 这两种比较常见的认证类型。

               

通过 value 可直接去配置相关的 username 和 password,或者直接使用 secret 进行配置,相比前者的明文配置会更安全一些。

APISIX TLS(证书)

APISIX TLS 主要是为了进行证书的管理。如示例所示,用户可以通过 hosts 来配置多个域名,secret 下的参数就是对应的配置证书。

               

同时 APISIX TLS 还配有 spec.client,用于进行 mTLS 双向认证的配置。

APISIX Config 相关

关于自定义资源支持的 Config 类型我们会从两个方面进行描述。


一种是 APISIX Cluster Config,它主要用于一些通用配置。目前支持在 K8s 或者 Apache APISIX 中全局使用 Prometheus 插件/全局配置 SkyWalking,后续开发中也会去增加一些其他的通用配置。

               

另一种就是我们现在正在 PR 中的 APISIX Plugin Config

(https://github.com/apache/apisix-ingress-controller/pull/689)。大家如果感兴趣的话,也可以点击链接来一起参与讨论。Plugin Config 主要是将通用的插件配置统一集合在一起,比如一些同样的配置,用户就可以通过 APISIX Plugin Config 同时应用在多个路由当中,省去了额外多项独立配置的繁琐步骤。

APISIX Ingress 上手实践

目前大家可以通过 Helm Charts (https://github.com/apache/apisix-helm-chart) 的方式来进行 APISIX Ingress 的部署。通过一条命令,就可以同时把 Apache APISIX 以及 APISIX Ingress,包括 Apache APISIX 所需要用到的 etcd 全部部署好,步骤非常简单。

       

实践场景一:流量切分

通过使用 APISIX Ingress 可以实现按比例进行流量切分的效果,具体操作如下:

步骤一:配置 APISIX Upstream           

步骤二:配置 APISIX Route

通过在 backends 中去配置 subset 和 weight,来实现用户请求流量进入时的分流。如下图示例就是 90% 的流量会进入到 v1 中,10% 的流量进入到 v2 中。

               

通过以上两步,就可以十分方便地按比例进行流量切分,实现类似灰度发布等场景需求。


更多具体操作细节也可参考:Apache APISIX Ingress Controller 中的流量切分(https://www.apiseven.com/zh/blog/traffic-split-in-apache-apisix-ingress-controller)


实践场景二:配置认证

如果想在 APISIX Ingress 中为某些路由配置 Basic Auth,可以参考如下操作:

步骤一:创建 APISIX Consumer 资源

如前文所提到的,可以在 APISIX Consumer 配置中增加 basicAuth,并为其指定用户名和密码。

            

步骤二:配置 APISIX Route,增加认证相关参数

在自定义资源 APISIX Route 中,通过在后端添加 authentication,将其开启并指定认证类型即可。

               

通过以上步骤,就可以实现使用 Consumer 去完成相关配置认证。

实践场景三:K8s 资源扩展

正如我们在开头提到过的,APISIX Ingress 不仅支持自定义资源,还同时支持 K8s 原生的 Ingress 资源。

             

如上图是 K8s Ingress 资源。通常情况下如果想要在资源上做 rewrite,可以通过增加 annotation 配置属性。这样当用户携带 httpbin.org 请求时,就可以通过路径 /sample 将它重定向到 /ip。


当上述需求使用 APISIX Ingress 时,只需在 Ingress 增加一个  kubernetes.io/ingress.class: apisix,去指定 APISIX Ingress Controller 去监听这个资源,同时通过配置  k8s.apisix.apache.org/rewrite-target: "/ip",就可以完成重定向到 /ip 路径。

              

以上示例只是目前 APISIX Ingress 对于原生 K8s Ingress 支持的一种方式,更多示例大家可以查看具体文档 (https://apisix.apache.org/docs/ingress-controller/practices/proxy-the-httpbin-service-with-ingress) 进行参考使用。


未来规划

之后 APISIX Ingress 将会继续在功能与生态上进行更新,目前阶段已经完成了 APISIX Ingress 与 Cert-manager 集成,后续将逐步实现以下目标:


  1. 完成 Kubernetes V1.22+ 与 CRD V1 版本的适配支持(已经完成,即将在 APISIX Ingress V1.3 版本 中发布)

  2. 支持 Gateway API(预计在 Q4 阶段实现)

  3. 扩展新架构,以便于用户在不需要使用 etcd 的情况下,可以正常使用 APISIX Ingress

  4. 丰富产品生态,扩展 APISIX Ingress 社区


最后也希望大家能够多多地参与到项目中来,比如每两周的周三下午 2 点都会有一次 APISIX Ingress 社区会议,会跟大家同步一下当前的项目进展或者遇到的问题。大家可以持续关注 Apache APISIX 视频号,届时可以直接参与社区会议直播。


更多关于 APISIX Ingress 社区会议可参考:https://github.com/apache/apisix-ingress-controller/issues/614


关于 Apache APISIX


Apache APISIX 是一个动态、实时、高性能的开源 API 网关,提供负载均衡、动态上游、灰度发布、服务熔断、身份认证、可观测性等丰富的流量管理功能。Apache APISIX 可以帮忙企业快速、安全的处理 API 和微服务流量,包括网关、Kubernetes Ingress 和服务网格等。                       

  • Apache APISIX GitHub:https://github.com/apache/apisix

  • Apache APISIX 官网:https://apisix.apache.org/

  • Apache APISIX 文档:https://apisix.apache.org/zh/docs/apisix/getting-started


参考阅读:


技术原创及架构实践文章,欢迎通过公众号菜单「联系我们」进行投稿。


高可用架构
改变互联网的构建方式
推荐阅读