启用速率限制

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这一任务展示了如何使用 Istio 动态的对服务通信进行速率限制。

开始之前

  1. 按照安装指南在 Kubernetes 集群上设置 Istio。

  2. 部署 Bookinfo 示例应用。

    Bookinfo 例子中需要部署三个版本的 reviews 服务：

    • v1 版本不会调用 ratings 服务。
    • v2 版本调用 ratings 服务，并用 1 到 5 个黑色图标显示评级信息。
    • v3 版本调用 ratings 服务，并用 1 到 5 个红色图标显示评级信息。

    这里需要设置一个到某版本的缺省路由，否则当发送请求到 reviews 服务的时候，Istio 会随机路由到某个版本，有时候显示评级图标，有时不显示。

  3. 将所有服务的默认版本设置为 v1。

    Zip
    $ kubectl apply -f @samples/bookinfo/networking/virtual-service-all-v1.yaml@

速率限制

在此任务中，您将 Istio 配置为根据 IP 地址将流量限制到访问 productpage 的用户。您将使用 X-Forwarded-For 请求 http header 作为客户端 IP 地址。您还将使用免除登录用户的条件速率限制。

为方便起见，您可以配置 memquota 适配器启用速率限制。但是，在生产系统上，你需要 Redis ，然后配置 redisquota 适配器。 memquota 和 redisquota 适配器都支持 quota template，因此，在两个适配器上启用速率限制的配置是相同的。

  1. 速率限制配置分为两部分。

    • 客户端
      • QuotaSpec 定义客户端应该请求的配额名称和大小。
      • QuotaSpecBinding 有条件地将 QuotaSpec 与一个或多个服务相关联。
    • Mixer 端
      • quota instance 定义了 Mixer 如何确定配额的大小。
      • memquota adapter 定义了 memquota 适配器配置。
      • quota rule 定义何时将配额实例分派给 memquota 适配器。

    运行以下命令以使用 memquota 启用速率限制：

    Zip
    $ kubectl apply -f @samples/bookinfo/policy/mixer-rule-productpage-ratelimit.yaml@

    或者

    将以下 yaml 文件另存为 redisquota.yaml 。替换 rate_limit_algorithm， redis_server_url包含配置值。

    apiVersion: "config.istio.io/v1alpha2"
kind: redisquota
metadata:
  name: handler
  namespace: istio-system
spec:
  redisServiceUrl: <redis_server_url>
  connectionPoolSize: 10
  quotas:
  - name: requestcount.quota.istio-system
    maxAmount: 500
    validDuration: 1s
    bucketDuration: 500ms
    rateLimitAlgorithm: <rate_limit_algorithm>
    # The first matching override is applied.
    # A requestcount instance is checked against override dimensions.
    overrides:
    # The following override applies to 'reviews' regardless
    # of the source.
    - dimensions:
        destination: reviews
      maxAmount: 1
    # The following override applies to 'productpage' when
    # the source is a specific ip address.
    - dimensions:
        destination: productpage
        source: "10.28.11.20"
      maxAmount: 500
    # The following override applies to 'productpage' regardless
    # of the source.
    - dimensions:
        destination: productpage
      maxAmount: 2
---
apiVersion: "config.istio.io/v1alpha2"
kind: quota
metadata:
  name: requestcount
  namespace: istio-system
spec:
  dimensions:
    source: request.headers["x-forwarded-for"] | "unknown"
    destination: destination.labels["app"] | destination.workload.name | "unknown"
    destinationVersion: destination.labels["version"] | "unknown"
---
apiVersion: config.istio.io/v1alpha2
kind: rule
metadata:
  name: quota
  namespace: istio-system
spec:
  # quota only applies if you are not logged in.
  # match: match(request.headers["cookie"], "session=*") == false
  actions:
  - handler: handler.redisquota
    instances:
    - requestcount.quota
---
apiVersion: config.istio.io/v1alpha2
kind: QuotaSpec
metadata:
  name: request-count
  namespace: istio-system
spec:
  rules:
  - quotas:
    - charge: 1
      quota: requestcount
---
apiVersion: config.istio.io/v1alpha2
kind: QuotaSpecBinding
metadata:
  name: request-count
  namespace: istio-system
spec:
  quotaSpecs:
  - name: request-count
    namespace: istio-system
  services:
  - name: productpage
    namespace: default
    #  - service: '*'  # Uncomment this to bind *all* services to request-count
---

    运行以下命令以使用 redisquota 启用速率限制：

    $ kubectl apply -f redisquota.yaml

  2. 检查 memquota 的创建情况：

    $ kubectl -n istio-system get memquota handler -o yaml
apiVersion: config.istio.io/v1alpha2
kind: memquota
metadata:
  name: handler
  namespace: istio-system
spec:
  quotas:
  - name: requestcount.quota.istio-system
    maxAmount: 500
    validDuration: 1s
    overrides:
    - dimensions:
        destination: reviews
      maxAmount: 1
      validDuration: 5s
    - dimensions:
        destination: productpage
      maxAmount: 2
      validDuration: 5s

    memquota 处理程序定义了 3 种不同的速率限制方案。在没有 overrides 生效的缺省情况下，每秒限制请求为 500 次。还定义了两个 overrides 条目：

    • 如果 destination 值为 reviews ，限制值为每 5 秒 1 次。
    • 如果 destination 值为 productpage ，限制值为每 5 秒 2 次。

    处理请求时，Istio 会选择第一条符合条件的 overrides（读取顺序为从上到下）应用到请求上。

    或者

    确认已创建 redisquota handler ：

    $ kubectl -n istio-system get redisquota handler -o yaml
apiVersion: config.istio.io/v1alpha2
kind: redisquota
metadata:
  name: handler
  namespace: istio-system
spec:
  connectionPoolSize: 10
  quotas:
  - name: requestcount.quota.istio-system
    maxAmount: 500
    validDuration: 1s
    bucketDuration: 500ms
    rateLimitAlgorithm: ROLLING_WINDOW
    overrides:
    - dimensions:
        destination: reviews
      maxAmount: 1
    - dimensions:
        destination: productpage
        source: 10.28.11.20
      maxAmount: 500
    - dimensions:
        destination: productpage
      maxAmount: 2

    redisquota handler 定义了 4 种不同的速率限制方案。在没有 overrides 生效的缺省情况下，每秒限制请求为 500次。它使用 ROLLING_WINDOW 算法进行配额检查，因此为 ROLLING_WINDOW 算法定义了 500ms 的 bucketDuration。还定义了 overrides 条目：

    • 如果 destination 的值为 reviews是 那么最大请求配额为 1。
    • 如果 destination 的值为 productpage 并且来源是 10.28.11.20 那么最大请求配额为 500，
    • 如果 destination 的值为 productpage 那么最大请求配额为 2。

    处理请求时，Istio 会选择第一条符合条件的 overrides（读取顺序为从上到下）应用到请求上。

    确认 quota instance 的创建情况：

    $ kubectl -n istio-system get quotas requestcount -o yaml
apiVersion: config.istio.io/v1alpha2
kind: quota
metadata:
  name: requestcount
  namespace: istio-system
spec:
  dimensions:
    source: request.headers["x-forwarded-for"] | "unknown"
    destination: destination.labels["app"] | destination.service.host | "unknown"
    destinationVersion: destination.labels["version"] | "unknown"

    quota 模板定义了 memquota 或 redisquota 使用的三个维度，用于设置匹配某些属性的请求。 destination 将被设置为 destination.labels["app"]、destination.service.host 或 "unknown" 中的第一个非空值。有关表达式的更多信息，请参阅表达式语言文档中获取更多表达式方面的内容。

  3. 确认 quota rule 的创建情况：

    $ kubectl -n istio-system get rules quota -o yaml
apiVersion: config.istio.io/v1alpha2
kind: rule
metadata:
  name: quota
  namespace: istio-system
spec:
  actions:
  - handler: handler.memquota
    instances:
    - requestcount.quota

    rule 通知 Mixer，使用 Instance requestcount.quota 构建对象并传递给上面创建的 handler.memquota。这一过程使用 quota 模板将 dimensions 数据映射给 memquota 进行处理。

  4. 确认 QuotaSpec 的创建情况：

    $ kubectl -n istio-system get QuotaSpec request-count -o yaml
apiVersion: config.istio.io/v1alpha2
kind: QuotaSpec
metadata:
  name: request-count
  namespace: istio-system
spec:
  rules:
  - quotas:
    - charge: "1"
      quota: requestcount

    QuotaSpec 为上面创建的 quota 实例（requstcount）设置了 charge 值为 1。

  5. 确认 QuotaSpecBinding 的创建情况：

    $ kubectl -n istio-system get QuotaSpecBinding request-count -o yaml
kind: QuotaSpecBinding
metadata:
  name: request-count
  namespace: istio-system
spec:
  quotaSpecs:
  - name: request-count
    namespace: istio-system
  services:
  - name: productpage
    namespace: default
  # - service: '*'

    QuotaSpecBinding 把前面的 QuotaSpec 绑定到需要应用限流的服务上。因为 QuotaSpecBinding 所属命名空间和这些服务是不一致的，所以这里必须定义每个服务的 namespace。

  6. 在浏览器中刷新 productpage 页面。

    request-count 配额适用于 productpage ，每 5 秒允许 2 个请求。如果你不断刷新页面，你会看到 RESOURCE_EXHAUSTED:Quota is exhausted for: requestcount。

有条件的速率限制

在前面的例子中，ratings 服务受到的速率限制并没有考虑没有 dimension 属性的情况。还可以在配额规则中使用任意属性进行匹配，从而完成有条件的配额限制。

例如下面的配置：

$ kubectl -n istio-system edit rules quota

apiVersion: config.istio.io/v1alpha2
kind: rule
metadata:
  name: quota
  namespace: istio-system
spec:
  match: match(request.headers["cookie"], "session=*") == false
  actions:
  - handler: handler.memquota
    instances:
    - requestcount.quota

只有当请求中没有 session = <sessionid> cookie 时，才会调度 memquota 或 redisquota 适配器。 这可确保登录用户不受此配额的约束。

  1. 验证速率限制不适用于登录用户。

    以 jason 身份登录并反复刷新 productpage。现在你应该能够毫无问题地做到这一点。

  2. 验证速率限制在未登录时*适用*。

    注销 jason 并反复刷新 productpage 。

    您应该再次看到 RESOURCE_EXHAUSTED:Quota is exhausted for: requestcount 。

理解速率限制

在前面的例子中演示了 Mixer 根据条件对请求实施速率限制的过程。

每个有名称的 Quota 实例，例如前面的 requestcount，都代表了一套计数器。这一个集合就是所有 Quota dimensions 的笛卡尔积定义的。如果上一个 expiration 区间内的请求数量超过了 maxAmount，Mixer 就会返回 RESOURCE_EXHAUSTED 信息给 Proxy。Proxy 则返回 HTTP 429 给调用方。

memquota 适配器使用一个为亚秒级分辨率的滑动窗口来实现速率限制。

适配器配置中的 maxAmount 设置了关联到 Quota 实例中的所有计数器的缺省限制。如果所有 overrides 条目都无法匹配到一个请求，就只能使用 maxAmount 限制了。memquota 会选择适合请求的第一条 override。override 条目无需定义所有 quota dimension， 例如例子中的 0.2 qps 条目在 4 条 quota dimensions 中只选用了三条。

如果要把上面的策略应用到某个命名空间而非整个 Istio 网格，可以把所有 istio-system 替换成为给定的命名空间。

清理

  1. 如果使用 memquota ，删除 memquota 速率限制相关的配置：

    Zip
    $ kubectl delete -f @samples/bookinfo/policy/mixer-rule-productpage-ratelimit.yaml@

    或者

    如果使用 redisquota ，删除 redisquota 速率限制相关的配置：

    $ kubectl delete -f redisquota.yaml

  2. 删除应用路由规则：

    Zip
    $ kubectl delete -f @samples/bookinfo/networking/virtual-service-all-v1.yaml@

  3. 如果不准备尝试后续任务，可参考 Bookinfo 清理 的介绍关停应用。