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https://github.com/kmesh-net/kmesh
High Performance ServiceMesh Data Plane Based on Programmable Kernel
https://github.com/kmesh-net/kmesh
ebpf high-performance kernel kubernetes low-overhead microservice networking resiliency service-mesh traffic-management
Last synced: 5 days ago
JSON representation
High Performance ServiceMesh Data Plane Based on Programmable Kernel
- Host: GitHub
- URL: https://github.com/kmesh-net/kmesh
- Owner: kmesh-net
- License: apache-2.0
- Created: 2023-07-12T05:00:17.000Z (over 1 year ago)
- Default Branch: main
- Last Pushed: 2024-11-07T07:17:42.000Z (3 months ago)
- Last Synced: 2024-11-07T09:25:00.227Z (3 months ago)
- Topics: ebpf, high-performance, kernel, kubernetes, low-overhead, microservice, networking, resiliency, service-mesh, traffic-management
- Language: Go
- Homepage: https://kmesh.net
- Size: 49.8 MB
- Stars: 459
- Watchers: 15
- Forks: 69
- Open Issues: 132
-
Metadata Files:
- Readme: README-zh.md
- Contributing: CONTRIBUTING.md
- License: LICENSE
- Code of conduct: CODE_OF_CONDUCT.md
- Security: SECURITY.md
Awesome Lists containing this project
README
## 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](https://istio.io/latest/docs/ops/deployment/performance-and-scalability/#data-plane-performance)，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。
### 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
- Kmesh当前是对接Istio控制面，启动Kmesh前，需要提前安装好Istio的控制面软件；具体安装步骤参考：https://istio.io/latest/docs/setup/getting-started/#install
- 完整的Kmesh能力依赖对OS的增强，需确认执行环境是否在Kmesh支持的[OS列表](docs/kmesh_support-zh.md)中，对于其他OS环境需要参考[Kmesh编译构建](docs/kmesh_compile-zh.md)；也可以使用[兼容模式的kmesh镜像](build/docker/README.md#兼容模式镜像)在其他OS环境中进行尝试，关于kmesh各种镜像的说明请参考[详细文档](build/docker/README.md)。
- 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](https://repo.openeuler.org/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](https://github.com/kmesh-net/kmesh/blob/main/docs/kmesh_support.md)。
- 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)
```bash
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
```sh
[root@ ~]# helm install kmesh ./deploy/charts/kmesh-helm -n kmesh-system --create-namespace
```
- Yaml安装方式
```sh
# 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
```sh
[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
```sh
[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](docs/kmesh_compile-zh.md)
- 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：
完整的性能测试请参考[Kmesh性能测试](test/performance/README-zh.md)；
## 软件架构
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命令列表
[Kmesh命令列表](docs/kmesh_commands-zh.md)
- demo演示
[Kmesh demo演示](docs/kmesh_demo-zh.md)
## 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：
- [meeting notes](https://docs.google.com/document/d/1fFqolwWMVMk92yXPHvWGrMgsrb8Xru_v4Cve5ummjbk)
- [mailing list](https://groups.google.com/forum/#!forum/kmesh)
- [slack](https://join.slack.com/t/kmesh/shared_invite/zt-23mte0eau-s3MoQNYPzsgvUwwXkOmIIA)
- [twitter](https://twitter.com/kmesh_net)
## 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](CONTRIBUTING.md)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](LICENSE) 文件。
Kmesh文档位于[CC-BY-4.0 license](https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/legalcode)下。
## 致谢
此项目最初在[openEuler社区](https://gitee.com/openeuler/Kmesh)孵化，感谢openEuler社区在早期推动该项目的帮助。