Apache APISIX Ingress 为何成为又拍云打造容器网关的新选择?

项目背景介绍

目前市面上可执行 Ingress 的产品项目逐渐丰富了起来,可选择的范围也扩大了很多。这些产品按照架构大概可分为两类,一类像 K8s Ingress、Apache APISIX Ingress,他们是基于 Nginx、OpenResty 等传统代理器,使用 K8s-Client 和 Golang 去做 Controller。还有一类新兴的用 Golang 语言去实现代理和控制器功能,比如 Traefik。

又拍云最开始包括现在的大部分业务仍在使用 Ingress-Nginx,整体架构如下。

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下层为数据面 OpenResty。上层 Controller 主要是监听 APIServer 的资源变化,并生成 nginx.conf 配置文件,然后 Reload OpenResty。如果 POD IP 发生变化,可直接通过 HTTP 接口传输给 OpenResty Lua 代码去实现上游 Upstream node 替换。

Ingress-Nginx 的扩展能力主要通过 Annotations 去实现,配置文件本身的语法和路由规则都比较简单。可以按照需求进行相关指令配置,同时也支持可拓展 Lua 插件,提高了定制化功能的可操作性。

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但 Ingress-Nginx 它也有一些缺点,比如:

  • 开发插件时组件依赖复杂,移植性差
  • 语义能力弱
  • 任何一条 Ingress 的修改都需要 Reload,对长链接不友好

在维护现有逻辑时,上述问题造成了一定程度的困扰,所以我们开始寻找相关容器网关替代品。

调研阶段

在替代 Ingress-Nginx 的选择中,我们主要考量了 Traefik 和 Apache APISIX-Ingress。

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Traefik 是云原生模式,配置文件极其简单,采用分布式配置,同时支持多种自动配置发现。不仅支持 K8s、etcd,Golang 的生态语言支持比较好,且开发成本较低,迭代和测试能力较好。但是在其他层面略显不足,比如:

  • 扩展能力弱
  • 不支持 Reload
  • 性能和功能上不如 Nginx(虽然消耗也较低)

它不像 Nginx 有丰富的插件和指令,通过增加一条指令即可解决一个问题,在线上部署时,可能还需在 Traefik 前搭配一个 Nginx。

综上所述,虽然在操作性上 Traefik 优势尽显,但在扩展能力和运维效率上有所顾虑,最终没有选择 Traefik。

为什么选择 Apache APISIX Ingress

#### 内部原因

在公司内部的多个数据中心上目前都存有 Apache APISIX 的网关集群,这些是之前从 Kong 上替换过来的。后来基于 Apache APISIX 的插件系统我们开发了一些内部插件,比如内部权限系统校验、精准速率限制等。

效率维护层面

同时我们也有一些 K8s 集群,这些容器内的集群网关使用的是 Ingress Nginx。在之前不支持插件系统时,我们就在 Ingress Nginx 上定制了一些插件。所以在内部数据中心和容器的网关上,Apache APISIX 和 Nginx 的功能其实有一大部分都是重合的。

为了避免后续的重复开发和运维,我们想把之前使用的 Ingress Nginx 容器内网关全部替换为 Apache APISIX Ingress,实现网关层面的组件统一。

基于 Apache APISIX Ingress 的调整更新

目前 Apache APISIX Ingress 在又拍云是处于初期(线上测试)阶段。因为 Apache APISIX Ingress 的快速迭代,我们目前还没有将其运用到一些重要业务上,只是在新集群中尝试使用。

架构调整

使用 Apache APISIX Ingress 之后,内部架构如下图所示。

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跟前面提到的 Ingress-Nginx 架构不一样,底层数据面替换成了 Apache APISIX 集群。上层 Controller 监听 APIServer 变化,然后再通过 etcd 将配置资源分发到整个 Apache APISIX 集群的所有节点。

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由于 Apache APISIX 是支持动态路由修改,与右边的 Ingress-Nginx 不同。在 Apache APISIX 中,当有业务流量进入时走的都是同一个 Location,然后在 Lua 代码中实现路由选择,代码部署简洁易操作。而右侧 Ingress-Nginx 相比,其 nginx.conf 配置文件复杂,每次 Ingress 变更都需要 Reload。

Apache APISIX Ingress Controller

Apache APISIX Ingress Controller 依赖于 Apache APISIX 的动态路由能力进行功能实现。它主要监控 APIServer 的资源变化,进行数据结构转换、数据校验和计算 DIFF,最后应用到 Apache APISIX Admin API 中。

同时 Apache APISIX Ingress Controller 也有高可用方案,直接通过 K8s 的 leader-election 机制实现,不需要再引入外部其他组件。

#### 声明式配置

目前 Apache APISIX Ingress Controller 支持两种声明式配置,Ingress Resource 和 CRD Resource。前者比较适合从 Ingress-Nginx 替换过来的网关控件,在转换成本上是最具性价比的。但是它的缺点也比较明显,比如语义化能力太弱、没有特别细致的规范等,同时能力拓展也只能通过 Annotation 去实现。

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又拍云内部选择的是第二种声明配置——语义化更强的 CRD Resource。结构化数据通过这种方式配置的话,只要 Apache APISIX 支持的能力,都可以进行实现。

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如果你想了解更多关于 Apache APISIX Ingress Controller 的细节干货,可以参考 Apache APISIX PMC 张超在 Meetup 上的分享视频: https://www.bilibili.com/vide...

功能提升

#### 效果一:日志层面效率提高

目前我们内部有多个 Apache APISIX 集群,包括数据中心网关和容器网关都统一开始使用了 Apache APISIX,这样在后续相关日志的处理/消费程序时可以统一到一套逻辑。

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当然 Apache APISIX 的日志插件支持功能也非常丰富。我们内部使用的是 Kafka-Logger,它可以进行自定义日志格式。像下图中其他的日志插件可能有些因为使用人数的原因,还尚未支持自定义化格式,欢迎有相关需求的小伙伴进行使用并提交 PR 来扩展当前的日志插件功能。

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#### 效果二:完善监控与健康检查

在监控层面,Apache APISIX 也支持 Prometheus、SkyWalking 等,我们内部使用的是 Prometheus。

Apache APISIX 作为一个基本代理器,可以实现 APP 状态码的监控和请求等需求。但 Apache APISIX 的自身健康检查力度不是很好控制。目前我们采用的是在 K8s 里面部署一个服务并生成多个 POD,将这个服务同时应用于 Apache APISIX Ingress,然后通过检查整个链路来确定 Apache APISIX 是否健康。

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使用 Apache APISIX Ingress 实践解决方案

场景一:K8s 应用变更

在使用 K8s 搭配 Apache APISIX Ingress 的过程中,需要做到以下几点:

  • 更新策略的选用建议使用滚动更新,保证大部分 POD 可用,同时还需要考虑稳定负载的问题
  • 应对 POD 启动 K8s 内部健康检查,保证 POD 的业务可用性,避免请求过来后 POD 仍处于不能提供正常服务的状态
  • 保证 Apache APISIX Upstream 里的大部分 Endpoint 可用

在实践过程中,我们也遇到了传输延时的问题。POD 更新路径如下所示,POD Ready 后通过层层步骤依次进行信息传递,中间某些链路就可能会出现延时问题。正常情况下一般是 1 秒内同步完成,某些极端情况下部分链路时间可能会增加几秒进而出现 Endpoint 更新不及时的问题。

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这种情况下的解决方案是,当更新时前一批 POD 变成 Ready 状态后,等待几秒钟再继续更新下一批。这样做的目的是保证 Apache APISIX Upstream 里的大部分 Endpoint 是可用的。

场景二:上游健康检查问题

由于 APIServer 面向状态的设计,在与 Apache APISIX 进行同步时也会出现延时问题,可能会遇到更新过程中「502 错误状态警告」。像这类问题,就需要在网关层面对 Upstream Endpoint 进行健康检查来解决。

首先 Upstream Endpoint 主动健康检查不太现实,因为 Endpoint 太耗时费力。而 HTTP 层的监控检查由于不能确定状态码所以也不适合进行相关操作。

最合适的方法就是在网关层面基于 TCP 做被动健康检查,比如你的网络连接超时不可达,就可以认为 POD 出现了问题,需要做降级处理。这样只需在 TCP 层面进行检查,不需要触及其他业务部分,可达到独立操控。

场景三:mTLS 连接 etcd

由于 Apache APISIX 集群默认使用单向验证的机制,作为容器网关使用 Apache APISIX 时,可能会在与 K8s 连接同一个 etcd 集群(K8s etcd 中使用双向验证)时默认开启双向认证,进而导致出现如下证书问题:

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Apache APISIX 不是通过 gRPC 直接连接 etcd,而是通过 HTTP 协议先连接到 etcd 内部的 gRPC-gateway,再去连接真正的 gRPC Server。这中间多了一个组件,所以就会多一次双向验证。

gRPC-gateway 去连接 gRPC Server 的时候需要一个客户端证书,etcd 没有提供这个证书的配置项,而是直接使用 gRPC server 的服务端证书。相当于一个证书同时作为客户端和服务端的校验。如果你的 gRPC server 服务端证书开启了扩展(表明这个证书只能用于服务端校验),那么需要去掉这个扩展,或者再加上也可用于客户端校验的扩展。

同时 OpenResty 底层是不支持 mTLS 的,当你需要通过 mTLS 连接上游服务或 etcd 时,需要使用基于 apisix-nginx-module 去构建打过 patch 的 Openresty。apisix-build-tools 可以找到相关构建脚本。

未来期望

虽然目前我们还只是在测试阶段应用 Apache APISIX Ingress,但相信在不久之后,经过应用的迭代功能更新和内部架构迁移调整,Apache APISIX Ingress 会统一应用到又拍云的所有容器网关内。

关于作者

作者陈卓,又拍云开发工程师,负责云存储、云处理和网关应用开发。

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 可以帮助企业快速、安全地处理 API 和微服务流量,包括网关、Kubernetes Ingress 和服务网格等。

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