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    服务网格 ASM：为Envoy编写WASM Filter并部署到ASM中

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    服务网格 ASM：为Envoy编写WASM Filter并部署到ASM中

    更新时间：Jun 05, 2023

    WebAssembly（WASM）是一种编程语言，ASM提供了对WASM技术的支持，可以把扩展的WASM Filter通过ASM部署到数据面集群中相应的Envoy代理中。通过这种过滤器扩展机制，可以轻松扩展Envoy的功能并将其在服务网格中的应用推向了新的高度。本文介绍了WASM Filter以及如何为Envoy编写WASM Filter并部署到ASM中。

    背景信息

    Envoy是一个高性能、可编程的L3、L4和L7代理，作为ASM数据面的代理使用。Envoy的连接和流量处理的核心是网络过滤器（Network Filter），该过滤器一旦融合进过滤器链（Filter Chain），就可以实现访问控制、数据或协议转换、数据增强、审计等高级功能。通过添加新的过滤器，可以用来扩展Envoy的已有功能集。当前有两种方法可以添加新的过滤器：

    • 静态预编译：将其他过滤器集成到Envoy的源代码中，并编译新的Envoy版本。这种方法的缺点是您需要维护Envoy版本，并不断使其与官方发行版保持同步。此外，由于Envoy是用C++实现的，因此新开发的过滤器也必须用C++实现。

    • 动态运行时加载：在运行时将新的过滤器动态加载到Envoy代理中。

    显而易见，第二种方法极大地简化了扩展Envoy的过程。这种解决方案依赖于一种称之为WebAssembly（WASM）的新技术，它是一种有效的可移植二进制指令格式，提供了可嵌入和隔离的执行环境。

    ASM提供了对WASM技术的支持，如下图所示。

    Enovy.png

    为什么要使用WASM Filter？

    使用WASM实现过滤器的扩展，有如下优势：

    • 敏捷性：过滤器可以动态加载到正在运行的Envoy进程中，而无需停止或重新编译。

    • 可维护性：不必更改Envoy自身基础代码库即可扩展其功能。

    • 多样性：可以将流行的编程语言（例如C/C++和Rust）编译为WASM，因此开发人员可以选择实现过滤器的编程语言。

    • 可靠性和隔离性：过滤器会被部署到VM沙箱中，因此与Envoy进程本身是隔离的；即使当WASM Filter出现问题导致崩溃时，它也不会影响Envoy进程。

    • 安全性：过滤器通过预定义API与Envoy代理进行通信，因此它们可以访问并只能修改有限数量的连接或请求属性。

    当前WASM实现过滤器的扩展，也需要考虑以下缺点是否可以容忍：

    • 性能约为C++编写的原生静态编译的Filter的70％。

    • 由于需要启动一个或多个WASM虚拟机，因此会消耗一定的内存使用量。

    使用Proxy-WASM SDK构建过滤器

    Envoy Proxy在基于堆栈的虚拟机中运行WASM过滤器，因此过滤器的内存与主机环境是隔离的。Envoy代理与WASM过滤器之间的所有交互都是通过Envoy Proxy-WASM SDK提供的功能实现的。Envoy Proxy-WASM SDK提供了多种编程语言的实现，包括C++、Rust、AssemblyScript以及处于实验中的Golang等。此外，社区也在推动相应的WASMfor Proxies （Proxy-Wasm）应用二进制接口ABI规范，详情请参见spec。

    1. 构建WASM Filter的最简单方法是使用Docker，使用C++ Envoy Proxy-WASM SDK创建一个Docker镜像。详情请参见Docker。

    2. 创建一个项目并使用上述Docker镜像进行构建。详情请参见Creating a project for use with the Docker build image。

    3. 编辑开发此项目。详情请参见WebAssembly for Proxies (C++ SDK)。

    4. 切换到项目根目录，执行如下命令构建WASM。

      docker run -v $PWD:/work -w /work  registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/acs/wasmsdk:v0.1 /build_wasm.sh

    在ASM中部署启用WASM Filter

    1. 创建一个configmap，用于保存WASM过滤器的二进制文件内容。例如，在命名空间default下，创建一个名称为wasm-example-filter的configmap，并将WASM过滤器的二进制文件example-filter.wasm保存到该configmap中。

      kubectl create configmap -n default wasm-example-filter --from-file=example-filter.wasm

    2. 使用以下两个annotation将WASM过滤器的二进制文件注入到应用程序对应的Kubernetes服务中。

      sidecar.istio.io/userVolume: '[{"name":"wasmfilters-dir","configMap": {"name": "wasm-example-filter"}}]'
sidecar.istio.io/userVolumeMount: '[{"mountPath":"/var/local/lib/wasm-filters","name":"wasmfilters-dir"}]'

    3. 执行以下命令更新productpage-v1。

      kubectl patch deployment productpage-v1 -p '{"spec":{"template":{"metadata":{"annotations":{"sidecar.istio.io/userVolume":"[{\"name\":\"wasmfilters-dir\",\"configMap\": {\"name\": \"wasm-example-filter\"}}]","sidecar.istio.io/userVolumeMount":"[{\"mountPath\":\"/var/local/lib/wasm-filters\",\"name\":\"wasmfilters-dir\"}]"}}}}}'

    4. 执行以下命令更新details-v1。

      kubectl patch deployment details-v1 -p '{"spec":{"template":{"metadata":{"annotations":{"sidecar.istio.io/userVolume":"[{\"name\":\"wasmfilters-dir\",\"configMap\": {\"name\": \"wasm-example-filter\"}}]","sidecar.istio.io/userVolumeMount":"[{\"mountPath\":\"/var/local/lib/wasm-filters\",\"name\":\"wasmfilters-dir\"}]"}}}}}'

    5. 在istio-proxy容器中的路径/var/local/lib/wasm-filters下，找到WASM过滤器的二进制文件。

      kubectl exec -it deployment/productpage-v1 -c istio-proxy -- ls /var/local/lib/wasm-filters/
kubectl exec -it deployment/details-v1 -c istio-proxy -- ls /var/local/lib/wasm-filters/

    6. 执行以下命令，使WASM过滤器在处理针对应用服务productpage的流量时，能够以DEBUG日志级别记录。

      kubectl port-forward deployment/productpage-v1 15000
curl -XPOST "localhost:15000/logging?wasm=debug"

    7. 执行以下命令，使WASM过滤器在处理针对应用服务details-v1的流量时，能够以DEBUG日志级别记录。

      kubectl port-forward deployment/details-v1 15000
curl -XPOST "localhost:15000/logging?wasm=debug"

    8. 执行以下命令，将WASM过滤器插入到应用服务productpage的HTTP级别过滤器链中。

      apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: EnvoyFilter
metadata:
  name: productpage-v1-examplefilter
  labels:
    asm-system: 'true'
    provider: asm
spec:
  configPatches:
  - applyTo: HTTP_FILTER
    match:
      context: SIDECAR_INBOUND
      proxy:
        proxyVersion: '^1\.*.*'
      listener:
        filterChain:
          filter:
            name: envoy.filters.network.http_connection_manager
            subFilter:
              name: envoy.filters.http.router
    patch:
      operation: INSERT_BEFORE
      value:
        typed_config:
          "@type": type.googleapis.com/envoy.extensions.filters.http.wasm.v3.Wasm
          config:
            name: example-filter
            rootId: my_root_id
            vmConfig:
              code:
                local:
                  filename: /var/local/lib/wasm-filters/example-filter.wasm
              runtime: envoy.wasm.runtime.v8
              vmId: example-filter
              allow_precompiled: true
        name: envoy.filters.http.wasm
  workloadSelector:
    labels:
      app: productpage
      version: v1

    9. 执行以下命令，将WASM过滤器插入到应用服务details的HTTP级别过滤器链中。

      apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: EnvoyFilter
metadata:
  name: details-v1-examplefilter
  labels:
    asm-system: 'true'
    provider: asm
spec:
  configPatches:
  - applyTo: HTTP_FILTER
    match:
      context: SIDECAR_INBOUND
      proxy:
        proxyVersion: '^1\.*.*'
      listener:
        filterChain:
          filter:
            name: envoy.filters.network.http_connection_manager
            subFilter:
              name: envoy.filters.http.router
    patch:
      operation: INSERT_BEFORE
      value:
        typed_config:
          "@type": type.googleapis.com/envoy.extensions.filters.http.wasm.v3.Wasm
          config:
            name: example-filter
            rootId: my_root_id
            vmConfig:
              code:
                local:
                  filename: /var/local/lib/wasm-filters/example-filter.wasm
              runtime: envoy.wasm.runtime.v8
              vmId: example-filter
              allow_precompiled: true
        name: envoy.filters.http.wasm
  workloadSelector:
    labels:
      app: details
      version: v1

    验证结果

    1. 通过在浏览器中访问入口网关的地址，将一些流量发送到productpage服务上，在页面响应中，可以看到过滤器的头添加到响应头中，如下图所示。

      enovy2

    2. 执行以下命令，将一些流量发送到details服务上。在响应中，可以看到过滤器的头添加到响应头中。

      kubectl exec -ti  deploy/productpage-v1 -c istio-proxy -- curl -v http://details:9080/details/123
      *   Trying 172.31.13.58...
* TCP_NODELAY set
* Connected to details (172.31.13.58) port 9080 (#0)
> GET /details/123 HTTP/1.1
> Host: details:9080
> User-Agent: curl/7.58.0
> Accept: */*
>
< HTTP/1.1 200 OK
xxxxxxx
< resp-header-demo: added by our filter
xxxxx
* Connection #0 to host details left intact
xxxxx