手撸一个ingress controller来打通dubbo+k8s网络

背景

由于公司内部所有服务都是跑在阿里云 k8s 上的，然后 dubbo 提供者默认向注册中心上报的 IP 都是Pod IP，这意味着在 k8s 集群外的网络环境是调用不了 dubbo 服务的，如果本地开发需要访问 k8s 内的 dubbo 提供者服务的话，需要手动把服务暴露到外网，我们的做法是针对每一个提供者服务暴露一个SLB IP+自定义端口，并且通过 dubbo 提供的DUBBO_IP_TO_REGISTRY和DUBBO_PORT_TO_REGISTRY环境变量来把对应的SLB IP+自定义端口注册到注册中心里，这样就实现了本地网络和 k8s dubbo 服务的打通，但是这种方式管理起来非常麻烦，每个服务都得自定义一个端口，而且每个服务之间端口还不能冲突，当服务多起来之后非常难以管理。

于是我就在想能不能像nginx ingress一样实现一个七层代理+虚拟域名来复用一个端口，通过目标 dubbo 提供者的application.name来做对应的转发，这样的话所有的服务只需要注册同一个SLB IP+端口就可以了，大大的提升便利性，一方调研之后发现可行就开撸了！

项目已开源：https://github.com/monkeyWie/dubbo-ingress-controller

技术预研

思路

首先 dubbo RPC 调用默认是走的dubbo协议，所以我需要先去看看协议里有没有可以利用做转发的报文信息，就是寻找类似于 HTTP 协议里的 Host 请求头，如果有的话就可以根据此信息做反向代理和虚拟域名的转发，在此基础之上实现一个类似nginx的dubbo网关。
第二步就是要实现dubbo ingress controller，通过 k8s ingress 的 watcher 机制动态的更新dubbo 网关的虚拟域名转发配置，然后所有的提供者服务都由此服务同一转发，并且上报到注册中心的地址也统一为此服务的地址。

架构图

dubbo 协议

先上一个官方的协议图：

可以看到 dubbo 协议的 header 是固定的16个字节，里面并没有类似于 HTTP Header 的可扩展字段，也没有携带目标提供者的application.name字段，于是我向官方提了个issue，官方的答复是通过消费者自定义Filter来将目标提供者的application.name放到attachments里，这里不得不吐槽下 dubbo 协议，扩展字段竟然是放在body里，如果要实现转发需要把请求报文全部解析完才能拿到想要报文，不过问题不大，因为主要是做给开发环境用的，这一步勉强可以实现。

k8s ingress

k8s ingress 是为 HTTP 而生的，但是里面的字段够用了，来看一段 ingress 配置：

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: user-rpc-dubbo
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "dubbo"
spec:
  rules:
    - host: user-rpc
      http:
        paths:
          - backend:
              serviceName: user-rpc
              servicePort: 20880
            path: /

配置和 http 一样通过host来做转发规则，但是host配置的是目标提供者的application.name，后端服务是目标提供者对应的service，这里有一个比较特殊的是使用了一个kubernetes.io/ingress.class注解，这个注解可以指定此ingress对哪个ingress controller生效，后面我们的dubbo ingress controller就只会解析注解值为dubbo的 ingress 配置。

开发

前面的技术预研一切顺利，接着就进入开发阶段了。

消费者自定义 Filter

前面有提到如果请求里要携带目标提供者的application.name，需要消费者自定义Filter，代码如下：

@Activate(group = CONSUMER)
public class AddTargetFilter implements Filter {

  @Override
  public Result invoke(Invoker<?> invoker, Invocation invocation) throws RpcException {
    String targetApplication = StringUtils.isBlank(invoker.getUrl().getRemoteApplication()) ?
        invoker.getUrl().getGroup() : invoker.getUrl().getRemoteApplication();
    // 目标提供者的application.name放入attachment
    invocation.setAttachment("target-application", targetApplication);
    return invoker.invoke(invocation);
  }
}

这里又要吐槽一下，dubbo 消费者首次访问时会发起一个获取 metadata 的请求，这个请求通过invoker.getUrl().getRemoteApplication()是拿不到值的，通过invoker.getUrl().getGroup()才能拿到。

dubbo 网关

这里就要开发一个类似nginx的dubbo网关，并实现七层代理和虚拟域名转发，编程语言直接选择了 go，首先 go 做网络开发心智负担低，另外有个 dubbo-go 项目，可以直接利用里面的解码器，然后 go 有原生的 k8s sdk 支持，简直完美！

思路就是开启一个TCP Server，然后解析 dubbo 请求的报文，把attachment里的target-application属性拿到，再反向代理到真正的 dubbo 提供者服务上，核心代码如下：

routingTable := map[string]string{
  "user-rpc": "user-rpc:20880",
  "pay-rpc":  "pay-rpc:20880",
}

listener, err := net.Listen("tcp", ":20880")
if err != nil {
  return err
}
for {
  clientConn, err := listener.Accept()
  if err != nil {
    logger.Errorf("accept error:%v", err)
    continue
  }
  go func() {
    defer clientConn.Close()
    var proxyConn net.Conn
    defer func() {
      if proxyConn != nil {
        proxyConn.Close()
      }
    }()
    scanner := bufio.NewScanner(clientConn)
    scanner.Split(split)
    // 解析请求报文，拿到一个完整的请求
    for scanner.Scan() {
      data := scanner.Bytes()
      // 通过dubbo-go提供的库把[]byte反序列化成dubbo请求结构体
      buf := bytes.NewBuffer(data)
      pkg := impl.NewDubboPackage(buf)
      pkg.Unmarshal()
      body := pkg.Body.(map[string]interface{})
      attachments := body["attachments"].(map[string]interface{})
      // 从attachments里拿到目标提供者的application.name
      target := attachments["target-application"].(string)
      if proxyConn == nil {
        // 反向代理到真正的后端服务上
        host := routingTable[target]
        proxyConn, _ = net.Dial("tcp", host)
        go func() {
          // 原始转发
          io.Copy(clientConn, proxyConn)
        }()
      }
      // 把原始报文写到真正后端服务上，然后走原始转发即可
      proxyConn.Write(data)
    }
  }()
}

func split(data []byte, atEOF bool) (advance int, token []byte, err error) {
    if atEOF && len(data) == 0 {
        return 0, nil, nil
    }

    buf := bytes.NewBuffer(data)
    pkg := impl.NewDubboPackage(buf)
    err = pkg.ReadHeader()
    if err != nil {
        if errors.Is(err, hessian.ErrHeaderNotEnough) || errors.Is(err, hessian.ErrBodyNotEnough) {
            return 0, nil, nil
        }
        return 0, nil, err
    }
    if !pkg.IsRequest() {
        return 0, nil, errors.New("not request")
    }
    requestLen := impl.HEADER_LENGTH + pkg.Header.BodyLen
    if len(data) < requestLen {
        return 0, nil, nil
    }
    return requestLen, data[0:requestLen], nil
}

dubbo ingress controller 实现

前面已经实现了一个dubbo网关，但是里面的虚拟域名转发配置(routingTable)还是写死在代码里的，现在要做的就是当检测到k8s ingress有更新时，动态的更新这个配置就可以了。

首先先简单的说明下ingress controller的原理，拿我们常用的nginx ingress controller为例，它也是一样通过监听k8s ingress资源变动，然后动态的生成nginx.conf文件，当发现配置发生了改变时，触发nginx -s reload重新加载配置文件。

里面用到的核心技术就是informers，利用它来监听k8s资源的变动，示例代码：

// 在集群内获取k8s访问配置
cfg, err := rest.InClusterConfig()
if err != nil {
  logger.Fatal(err)
}
// 创建k8s sdk client实例
client, err := kubernetes.NewForConfig(cfg)
if err != nil {
  logger.Fatal(err)
}
// 创建Informer工厂
factory := informers.NewSharedInformerFactory(client, time.Minute)
handler := cache.ResourceEventHandlerFuncs{
  AddFunc: func(obj interface{}) {
    // 新增事件
  },
  UpdateFunc: func(oldObj, newObj interface{}) {
    // 更新事件
  },
  DeleteFunc: func(obj interface{}) {
    // 删除事件
  },
}
// 监听ingress变动
informer := factory.Extensions().V1beta1().Ingresses().Informer()
informer.AddEventHandler(handler)
informer.Run(ctx.Done())

通过实现上面的三个事件来动态的更新转发配置，每个事件都会携带对应的Ingress对象信息过来，然后进行对应的处理即可：

ingress, ok := obj.(*v1beta12.Ingress)
if ok {
  // 通过注解过滤出dubbo ingress
  ingressClass := ingress.Annotations["kubernetes.io/ingress.class"]
  if ingressClass == "dubbo" && len(ingress.Spec.Rules) > 0 {
    rule := ingress.Spec.Rules[0]
    if len(rule.HTTP.Paths) > 0 {
      backend := rule.HTTP.Paths[0].Backend
      host := rule.Host
      service := fmt.Sprintf("%s:%d", backend.ServiceName+"."+ingress.Namespace, backend.ServicePort.IntVal)
      // 获取到ingress配置中host对应的service，通知给dubbo网关进行更新
      notify(host,service)
    }
  }
}

docker 镜像提供

k8s 之上所有的服务都需要跑在容器里的，这里也不例外，需要把dubbo ingress controller构建成 docker 镜像，这里通过两阶段构建优化，来减小镜像体积：

FROM golang:1.17.3 AS builder
WORKDIR /src
COPY . .
ENV GOPROXY https://goproxy.cn
ENV CGO_ENABLED=0
RUN go build -ldflags "-w -s" -o main cmd/main.go

FROM debian AS runner
ENV TZ=Asia/shanghai
WORKDIR /app
COPY --from=builder /src/main .
RUN chmod +x ./main
ENTRYPOINT ["./main"]

yaml 模板提供

由于要在集群内访问 k8s API，需要给 Pod 进行授权，通过K8S rbac进行授权，并以Deployment类型服务进行部署，最终模板如下：

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: dubbo-ingress-controller
  namespace: default

---
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: dubbo-ingress-controller
rules:
  - apiGroups:
      - extensions
    resources:
      - ingresses
    verbs:
      - get
      - list
      - watch

---
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: dubbo-ingress-controller
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: dubbo-ingress-controller
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: dubbo-ingress-controller
    namespace: default

---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  namespace: default
  name: dubbo-ingress-controller
  labels:
    app: dubbo-ingress-controller
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: dubbo-ingress-controller
  template:
    metadata:
      labels:
        app: dubbo-ingress-controller
    spec:
      serviceAccountName: dubbo-ingress-controller
      containers:
        - name: dubbo-ingress-controller
          image: liwei2633/dubbo-ingress-controller:0.0.1
          ports:
            - containerPort: 20880

后期需要的话可以做成Helm进行管理。

后记

至此dubbo ingress controller实现完成，可以说麻雀虽小但是五脏俱全，里面涉及到了dubbo协议、TCP协议、七层代理、k8s ingress、docker等等很多内容，这些很多知识都是在云原生越来越流行的时代需要掌握的，开发完之后感觉受益匪浅。

关于完整的使用教程可以通过github查看。

参考链接：
dubbo 协议
dubbo-go
使用多个-ingress-控制器
使用 Golang 自定义 Kubernetes Ingress Controller
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手撸一个ingress controller来打通dubbo+k8s网络

背景

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