Envoy 的构建模块
概述
在本节中，我们将深入探讨 Envoy 代理的基本构建模块及其工作原理。
Envoy 配置的根节点称为引导配置（Bootstrap Configuration）。它包含多个重要字段，允许我们提供静态或动态资源配置，以及高级 Envoy 设置（如实例名称、运行时配置、管理接口等）。
为了便于理解，我们首先专注于静态资源配置。在后续章节中，我们将介绍动态资源的配置方法。
需要注意的是，Envoy 会输出大量统计信息，这些信息的内容取决于启用的组件及其配置。我们将在整个课程中讨论不同的统计信息，并在专门的模块中深入分析。
下图展示了请求在 Envoy 各个构建模块中的流转过程：
监听器（Listener）
一切都从监听器开始。监听器是 Envoy 暴露的命名网络位置，可以是 IP 地址和端口的组合，也可以是 Unix 域套接字路径。Envoy 通过监听器接收连接和请求。
让我们看一个基本的 Envoy 配置示例：
static_resources:
listeners:
- name: listener_0
address:
socket_address:
address: 0.0.0.0
port_value: 10000
filter_chains: [{}]
在这个配置中，我们在 0.0.0.0:10000 上定义了一个名为 listener_0 的监听器。这意味着 Envoy 正在监听该地址上的传入请求。
每个监听器都有不同的配置选项，但唯一必需的设置是地址。上述配置是有效的，可以用来运行 Envoy，但由于 filter_chains 为空，所有连接都会被直接关闭，因此实际上没有用处。
过滤器与过滤器链
为了进入下一个构建模块（路由），我们需要创建一个或多个网络过滤器链（filter_chains），每个链至少包含一个过滤器。
过滤器类型
Envoy 定义了三类过滤器：
- 监听器过滤器：在收到数据包后立即启动，通常操作数据包的头部信息
- 网络过滤器：通常操作数据包的有效载荷，解析并处理数据
- HTTP 过滤器：在 HTTP 连接管理器内部运行，处理 HTTP 级别的操作
网络过滤器通常对数据包的有效载荷进行操作，查看和解析其内容。例如，Postgres 网络过滤器会解析数据包主体，检查数据库操作类型或其返回结果。
每个通过监听器的请求可以流经多个过滤器。我们还可以根据传入请求或连接属性选择不同的过滤器链。
HTTP 连接管理器
一个特殊的内置网络过滤器叫做 HTTP 连接管理器（HTTP Connection Manager，简称 HCM）。HCM 过滤器能够将原始字节转换为 HTTP 级别的消息，并提供以下功能：
- 处理访问日志
- 生成请求 ID
- 操作 HTTP 头部
- 管理路由表
- 收集统计数据
就像我们可以为每个监听器定义多个网络过滤器一样，Envoy 也支持在 HCM 过滤器中定义多个 HTTP 级过滤器。这些 HTTP 过滤器在 http_filters 字段下定义。
重要提示：HTTP 过滤器链中的最后一个过滤器必须是路由器过滤器（envoy.filters.http.router），它负责执行实际的路由任务。
路由配置
路由配置是 Envoy 的第二个核心构建模块。我们在 HCM 过滤器的 route_config 字段下定义路由配置。通过路由配置，我们可以根据请求的元数据（URI、Header 等）匹配传入的请求，并决定将流量发送到何处。
虚拟主机
路由配置中的顶级元素是虚拟主机。每个虚拟主机都有：
- 一个名称（用于统计数据发布，不用于路由）
- 一组被路由到它的域
以下是一个路由配置示例：
route_config:
name: my_route_config
virtual_hosts:
- name: tetrate_hosts
domains: ["tetrate.io"]
routes:
# ... 路由规则
- name: test_hosts
domains: ["test.tetrate.io", "qa.tetrate.io"]
routes:
# ... 路由规则
当传入请求的 Host/Authority 头匹配相应域名时，对应虚拟主机中的路由规则将被处理。
域名匹配顺序
如果在数组中指定多个域名，搜索顺序如下：
- 精确域名（如
tetrate.io） - 后缀域名通配符（如
*.tetrate.io） - 前缀域名通配符（如
tetrate.*） - 匹配任何域的通配符（
*）
路由匹配规则
在虚拟主机的 routes 字段中，我们指定如何匹配请求以及后续处理方式。支持的匹配类型包括：
| 匹配方式 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
prefix | 前缀必须与 :path 头的开头匹配 | /hello 匹配 /hello、/helloworld、/hello/v1 |
path | 路径必须与 :path 头完全匹配 | /hello 只匹配 /hello，不匹配 /helloworld |
safe_regex | 使用正则表达式匹配 :path 头 | /\d{3} 匹配三位数字路径 |
connect_matcher | 只匹配 CONNECT 请求 | 用于 HTTP CONNECT 方法 |
直接响应示例
以下是一个完整的配置示例，演示如何返回直接响应：
static_resources:
listeners:
- name: listener_0
address:
socket_address:
address: 0.0.0.0
port_value: 10000
filter_chains:
- filters:
- name: envoy.filters.network.http_connection_manager
typed_config:
"@type": type.googleapis.com/envoy.extensions.filters.network.http_connection_manager.v3.HttpConnectionManager
stat_prefix: hello_world_service
http_filters:
- name: envoy.filters.http.router
route_config:
name: my_first_route
virtual_hosts:
- name: direct_response_service
domains: ["*"]
routes:
- match:
prefix: "/"
direct_response:
status: 200
body:
inline_string: "Hello from Envoy!"
集群（Cluster）
集群是 Envoy 的第三个核心构建模块，它代表一组接受流量的上游相似主机。这可以是服务监听的主机或 IP 地址列表。
基本集群配置
例如，假设我们的 hello world 服务运行在 127.0.0.1:8000，我们可以创建一个包含单个端点的集群：
clusters:
- name: hello_world_service
connect_timeout: 5s
type: STRICT_DNS
load_assignment:
cluster_name: hello_world_service
endpoints:
- lb_endpoints:
- endpoint:
address:
socket_address:
address: 127.0.0.1
port_value: 8000
集群配置要点
- 名称：在所有集群中必须唯一，用于路由引用和统计数据导出
- 连接超时：通过
connect_timeout字段设置 - 负载均衡：支持多种算法（round-robin、Maglev、least-request、random），默认为 round-robin
- 端点权重：可以为端点设置权重，影响流量分配
- 地域性：可以配置端点的地理位置信息，用于就近路由
可选功能
集群还支持以下高级功能：
- 主动健康检查（
health_checks） - 断路器（
circuit_breakers） - 异常点检测（
outlier_detection） - 协议选项：处理上游 HTTP 请求的额外协议设置
- 网络过滤器：应用于所有出站连接的过滤器
完整配置示例
以下是一个完整的配置示例，展示了如何将所有构建模块组合在一起：
static_resources:
listeners:
- name: listener_0
address:
socket_address:
address: 0.0.0.0
port_value: 10000
filter_chains:
- filters:
- name: envoy.filters.network.http_connection_manager
typed_config:
"@type": type.googleapis.com/envoy.extensions.filters.network.http_connection_manager.v3.HttpConnectionManager
stat_prefix: hello_world_service
http_filters:
- name: envoy.filters.http.router
route_config:
name: my_first_route
virtual_hosts:
- name: hello_service
domains: ["*"]
routes:
- match:
prefix: "/"
route:
cluster: hello_world_service
clusters:
- name: hello_world_service
connect_timeout: 5s
type: STRICT_DNS
load_assignment:
cluster_name: hello_world_service
endpoints:
- lb_endpoints:
- endpoint:
address:
socket_address:
address: 127.0.0.1
port_value: 8000
实践测试
准备工作
首先安装 func-e CLI 工具：
curl https://func-e.io/install.sh | sudo bash -s -- -b /usr/local/bin
启动测试服务
启动一个 hello-world 测试服务：
docker run -dit -p 8000:3000 gcr.io/tetratelabs/hello-world:1.0.0
验证服务是否正常运行：
curl 127.0.0.1:8000
运行 Envoy
将上述完整配置保存为 envoy-complete.yaml，然后启动 Envoy：
func-e run -c envoy-complete.yaml
测试请求
向 Envoy 代理发送请求：
curl -v localhost:10000
成功的响应应该包含：
x-envoy-upstream-service-time头部server: envoy头部- 来自上游服务的 “Hello World” 响应
这表明请求成功通过 Envoy 代理转发到了后端服务。
小结
Envoy 的核心构建模块包括：
- 监听器：定义网络接入点
- 过滤器链：处理和转换请求数据
- 路由配置：决定请求的处理方式和目标
- 集群：定义上游服务端点
这些组件协同工作，为现代微服务架构提供了强大而灵活的代理能力。理解这些基本概念是掌握 Envoy 高级功能的基础。