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File metadata and controls

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kmesh-logo

介绍

Kmesh是一种基于可编程内核实现的高性能服务网格数据面；提供服务网格场景下高性能的服务通信基础设施。

为什么需要Kmesh

服务网格数据面的挑战

Istio为代表的服务网格已逐步流行，成为云上基础设施的重要组成；但当前的服务网格仍面临一定的挑战：

  • 代理层引入额外时延开销：服务访问单跳增加2~3ms，无法满足时延敏感应用的SLA诉求；虽然社区基于该问题演进出了多种数据面方案，但仍无法完全消减代理引入的开销；
  • 资源占用大：代理占用额外CPU/MEM开销，业务容器部署密度下降；

Kmesh：内核级原生流量治理

Kmesh创新性的提出将流量治理下沉OS，在数据路径上无需经过代理层，构建应用透明的sidecarless服务网格。

image-20230927012356836

Kmesh关键特性

平滑兼容

  • 应用透明的流量治理
  • 自动对接Istiod

高性能

  • 网格转发时延60%↓
  • 服务启动性能40%↑

低开销

  • 网格底座开销70%↓

安全隔离

  • ebpf虚机安全
  • cgroup级编排隔离

全栈可视化

  • 端到端指标采集*
  • 主流观测平台对接*

开放生态

  • 支持XDS协议标准

注：* 规划中；

快速开始

  • 前提条件

  • Docker镜像：

    Kmesh实现通过内核增强将完整的流量治理能力下沉至OS。当发布镜像时，镜像适用的OS的范围是必须考虑的。因此，我们考虑发布三种类型的镜像：

    • 支持内核增强的OS版本：

      当前openEuler 23.03原生支持Kmesh所需的内核增强特性。Kmesh发布的镜像可以直接在该OS上安装运行。对于详细的支持内核增强的OS版本列表，请参见链接。

    • 针对所有OS版本：

      为了兼容不同的OS版本，Kmesh提供在线编译并运行的镜像。在Kmesh被部署之后，它会基于宿主机的内核能力自动选择运行的Kmesh特性，从而满足一个镜像在不同OS环境运行的要求。

      考虑到kmesh使用的通用性，我们也发布了用于kmesh编译构建的镜像。用户可以基于此镜像方便的制作出可以在当前OS版本上运行的kmesh镜像。默认命名为ghcr.io/kmesh-net/kmesh:latest，用户可自行调整，参考[Kmesh编译构建](docs/kmesh_compile-zh.md#docker image编译)

      make docker TAG=latest

  • 启动Kmesh容器

    默认使用名为 ghcr.io/kmesh-net/kmesh:latest的镜像，如需使用兼容模式或其他版本可自行修改

    •  Helm安装方式
    [root@ ~]# helm install kmesh ./deploy/helm -n kmesh-system --create-namespace
    • Yaml安装方式
    # get kmesh.yaml：来自代码仓 deploy/yaml/kmesh.yaml
[root@ ~]# kubectl apply -f kmesh.yaml
[root@ ~]# kubectl apply -f clusterrole.yaml
[root@ ~]# kubectl apply -f clusterrolebinding.yaml
[root@ ~]# kubectl apply -f serviceaccount.yaml
[root@ ~]# kubectl apply -f l7-envoyfilter.yaml

    默认使用Kmesh功能，可通过调整yaml文件中的启动参数进行功能选择

  • 查看kmesh服务启动状态

    [root@ ~]# kubectl get pods -A | grep kmesh
kmesh-system   kmesh-l5z2j                                 1/1     Running   0          117m

  • 查看kmesh服务运行状态

    [root@master mod]# kubectl logs -f -n kmesh-system kmesh-l5z2j
time="2024-02-19T10:16:52Z" level=info msg="service node sidecar~192.168.11.53~kmesh-system.kmesh-system~kmesh-system.svc.cluster.local connect to discovery address istiod.istio-system.svc:15012" subsys=controller/envoy
time="2024-02-19T10:16:52Z" level=info msg="options InitDaemonConfig successful" subsys=manager
time="2024-02-19T10:16:53Z" level=info msg="bpf Start successful" subsys=manager
time="2024-02-19T10:16:53Z" level=info msg="controller Start successful" subsys=manager
time="2024-02-19T10:16:53Z" level=info msg="command StartServer successful" subsys=manager
time="2024-02-19T10:16:53Z" level=info msg="start write CNI config\n" subsys="cni installer"
time="2024-02-19T10:16:53Z" level=info msg="kmesh cni use chained\n" subsys="cni installer"
time="2024-02-19T10:16:54Z" level=info msg="Copied /usr/bin/kmesh-cni to /opt/cni/bin." subsys="cni installer"
time="2024-02-19T10:16:54Z" level=info msg="kubeconfig either does not exist or is out of date, writing a new one" subsys="cni installer"
time="2024-02-19T10:16:54Z" level=info msg="wrote kubeconfig file /etc/cni/net.d/kmesh-cni-kubeconfig" subsys="cni installer"
time="2024-02-19T10:16:54Z" level=info msg="command Start cni successful" subsys=manager

    更多Kmesh编译构建方式，请参考Kmesh编译构建

  • Kmesh L7

    • 安装waypoint

      [root@ ~]# istioctl x waypoint apply --service-account default
[root@ ~]# kubectl get pods 
NAME                                      READY   STATUS         RESTARTS        AGE
default-istio-waypoint-6d9df77746-njjq5   1/1     Running        0               10s
nginx-55b99db5d6-ddpb2                    1/1     Running        0               10d
sleep-865b99bb57-qzjcj                    1/1     Running        0               10d

    • 用kmesh自定义的镜像替换waypoint的原生镜像

      [root@ ~]# kubectl get gateway
NAME      CLASS            ADDRESS         PROGRAMMED   AGE
default   istio-waypoint   10.96.143.232   True         5m7s

      在default gateway的annotations当中添加sidecar.istio.io/proxyImage: ghcr.io/kmesh-net/waypoint-{arch}:v0.3.0，将{arch}转换为所在宿主机的架构，当前可选的取值为x86和arm。在gateway pod重启之后，kmesh就具备L7能力了！

Kmesh性能

基于fortio对比测试了Kmesh和envoy的数据面执行性能；测试结果如下：

fortio_performance_test

完整的性能测试请参考Kmesh性能测试；

软件架构

kmesh-arch

Kmesh的主要部件包括：

  • kmesh-controller：

    kmesh管理程序，负责Kmesh生命周期管理、XDS协议对接、观测运维等功能；

  • kmesh-api：

    kmesh对外提供的api接口层，主要包括：xds转换后的编排API、观测运维通道等；

  • kmesh-runtime：

    kernel中实现的支持L3~L7流量编排的运行时；

  • kmesh-orchestration：

    基于ebpf实现L3~L7流量编排，如路由、灰度、负载均衡等；

  • kmesh-probe：

    观测运维探针，提供端到端观测能力；

特性说明

Kmesh能力地图

特性域 特性 2023.H1 2023.H2 2024.H1 2024.H2
流量管理 sidecarless网格数据面 √
sockmap加速 √
基于ebpf的可编程治理 √
http1.1协议 √
http2协议 √
grpc协议 √
quic协议 √
tcp协议 √
重试 √
路由 √
负载均衡 √
故障注入 √
灰度发布 √
熔断 √
限流 √
服务安全 mTLS √
L7授权 √
治理pod级隔离 √
流量监控 基础观测（治理指标监控） √
E2E可观测 √
可编程 插件式扩展能力 √
生态协作 数据面协同（Envoy等） √
运行环境支持 容器 √

联系人

如果您有任何问题，请随时通过以下方式联系我们：

贡献

如果您有兴趣成为贡献者，并希望参与开发Kmesh代码，请参见贡献了解有关提交补丁程序和贡献工作流的详细信息。

许可证

Kmesh在Apache 2.0许可证下。有关详细信息，请参见LICENSE 文件。

Kmesh文档位于CC-BY-4.0 license下。

致谢

此项目最初在openEuler社区孵化，感谢openEuler社区在早期推动该项目的帮助。