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Envoy是一个用C++编写的云原生高性能边缘代理、中间代理和服务代理，作为专门为 微服务架构设计的通信总线 ，定位是作为Service Mesh的数据平面，接管微服务通信的全部流量，对应用程序屏蔽网络和通信的复杂性。
Envoy作为一个独立进程，设计与应用程序一起运行，所有的Envoy形成一个透明的通信网格，每个应用程序发送消息到本地Envoy代理或从本地Envoy代理接收消息，但不需要知道具体的网络拓扑。
Envoy的核心设计理念是网络应该对应用服务透明，职责划分上比较明确，当网络和应用程序出现故障时，可以很容易定位问题的具体根源。
架构上Envoy内部可以分为数据平面、控制平面和管理平面3个部分。其中，控制平面用于对流量路由和转发相关的策略与配置进行管理；控制平面通过标准API获取最新的流量配置信息；数据平面的流量转发就是基于控制平面下发的配置规则进行。
为了方便对Envoy运行状态进行监控和管理，Envoy内置一个HTTP Server，作为Envoy的管理平面，HTTP Server会注册一系列的Handler，对外暴露管理平面的API，用于外界查询当前Envoy各个维度的状态，比如外界可以通过管理平面API查询Envoy当前的集群和路由配置、当前的统计信息等。
Envoy接收到Downstream客户端发过来的请求时，一般先经过类似Iptables的透明拦截机制，然后将流量交给Envoy。Envoy获取请求对应的原目的地址，根据目的地址信息获取对应的网络过滤链配置信息，根据网络过滤链配置建立新的连接，并通过网络过滤链对应的协议对请求进行解码和路由，选择合适的Upstream节点，将请求发送出去，同时建立Downstream连接和Upstream连接的对应关系，将Upstream返回的响应消息发送给Downstream客户端。Envoy的数据流和控制流示意图如图3-3所示。
图3-3 Envoy的数据流和控制流
Envoy之所以在如此短的时间内，在Service Mesh数据平面中脱颖而出，是和它优雅的架构设计密切相关，主要体现在如下方面。
（1）扩展性
Envoy扩展性通过插件机制实现，Envoy内部当前已经支持众多扩展点，通过网络协议插件和HTTP处理扩展插件，分别从通信协议和链路治理两个层面进行扩展。Envoy插件机制是Service Mesh数据转发和数据处理的基石，基于插件扩展性机制进行扩展和定制开发非常方便，可以建立起强大的Service Mesh生态。
（2）配置动态化
配置动态化是Envoy架构层面最优雅的设计。基于配置动态化设计，Envoy集群管理与流量转发相关的所有配置均可以通过XDS协议动态下发和生效，不仅减少了运维复杂度，同时借助动态配置化能力，方便通过一定机制发现Envoy运行时的风险并快速调整，提高了Envoy的整体稳定性。
（3）性能
Envoy支持如此众多特性的同时，仍然可以提供优秀的性能指标，得益于良好的架构设计，Envoy架构设计对性能的考虑随处可见。比如数据转发层面，Envoy采用异步事件驱动的方式，并且保证一个请求只会在一个线程内处理，减少了请求在线程间切换的开销；此外通过数据平面和控制平面分离，配置变更时，通过无锁机制保证数据转发的性能不受任何影响。
此外Envoy对Service Mesh的一大贡献是第一个提出了通用数据平面API的概念，通过通用数据平面API，建立了数据平面和控制平面之间交互的标准，实现了数据平面和控制平面通信的标准化。只要基于数据平面API实现，可以根据需要方便地对数据平面或控制平面进行替换，有利于Service Mesh生态体系的建设。
Istio是Google、IBM和Lyft联合推出的开源微服务Service Mesh框架，旨在解决大量微服务的发现、连接、管理、监控以及安全等问题，Istio综合了Google、IBM和Lyft在微服务领域的强大积累和经验，以Envoy为基础，将Envoy作为默认的数据平面，同时提供强大的控制平面能力。一经推出在Service Mesh领域就引起巨大的反响，当前已成为Service Mesh事实上的平台和标准。
Envoy已经可以很出色地完成流量路由和转发工作，Istio在Envoy的基础上，提供如下几方面的核心能力。
（1）动态配置管理和下发
Istio通过提供通用的配置管理能力，保证不同平台、不同环境下的配置均能够通过一致的方式对Envoy进行配置和下发，对Envoy屏蔽了配置管理的复杂性。这个工作具体由Istio的Pilot组件负责完成。
（2）Envoy生命周期管理和运行状态监控
Istio负责Envoy的生命周期管理，启动Envoy，然后监控Envoy的运行状态，如果运行有异常，Istio会尝试对Envoy进行重启，重启仍然不能成功时，Istio会将当前Envoy实例调度到其他节点上运行。这个工作具体由Istio的Pilot组件负责完成。
（3）通信安全
通信安全对于微服务来说是一个非常重要的基础能力，Istio通过托管身份验证、授权和服务之间通信的双向TLS加密，保障通信的安全性，这个工作具体由Istio的security组件负责完成。
（4）策略控制
对于一些核心资源，需要通过一定的策略，在不同消费服务以及服务的不同实例中进行分配，保证资源能够按照预期进行管理，这个工作具体由Istio的Mixer组件负责完成。
（5）遥测统计
Envoy自身也能进行一些遥测统计相关的工作，但如果需要支持不同的遥测统计后端基础设施，可以将这部分工作移到控制平面上，保证Envoy自身架构的简洁性和稳定性，通过收集遥测统计相关的数据和指标，可以对服务进行全方位的监控。这个工作具体由Istio的Mixer组件完成。