Introduction to Istio, Part 2
Overview of Service Mesh and Istio
Service mesh đang dần trở thành một thành phần thiết yếu trong cơ sở hạ tầng của các doanh nghiệp. Istio, một dự án mã nguồn mở, hiện là giải pháp service mesh hàng đầu và được áp dụng rộng rãi. Để hiểu tại sao service mesh lại quan trọng và ngày càng phổ biến, chúng ta cần nhìn lại sự chuyển đổi từ kiến trúc monolithic sang microservices và các ứng dụng cloud native, cùng các vấn đề nảy sinh từ sự chuyển đổi này.
Ngoài ra, chúng ta cần xem xét các công nghệ đã được phát triển để giải quyết các vấn đề này trước khi service mesh ra đời, và tìm hiểu vì sao những giải pháp đó chưa thực sự hiệu quả.
Từ đó, chúng ta sẽ khám phá kiến trúc của Istio để hiểu cách service mesh giải quyết các vấn đề một cách tinh gọn và hiệu quả.
Vai trò của Service Mesh
Service mesh giúp giải quyết các vấn đề trong các lĩnh vực như:
Bảo mật (Security)
Quan sát hệ thống (Observability)
Đảm bảo tính khả dụng cao (High Availability)
Khả năng mở rộng (Scalability)
Service mesh cho phép doanh nghiệp ứng phó nhanh chóng với các tình huống mà không cần đội ngũ phát triển phải chỉnh sửa và triển khai lại ứng dụng để thay đổi chính sách. Nó đóng vai trò là nền tảng để vận hành các ứng dụng cloud native.
Mục tiêu học tập
Sau khi hoàn thành chương này, bạn sẽ có thể:
Giải thích các vấn đề phát sinh từ sự chuyển đổi sang ứng dụng cloud native.
Mô tả cách các vấn đề này được giải quyết trước khi service mesh ra đời.
Hiểu cách service mesh khắc phục các vấn đề này.
Phân tích thiết kế và kiến trúc của Istio.
Khái niệm Cloud Native
Thuật ngữ cloud native đại diện cho các đặc điểm mong muốn trong một hệ thống phần mềm, bao gồm:
Khả dụng cao (High Availability)
Khả năng mở rộng ngang (Horizontal Scalability)
Triển khai và nâng cấp không gây gián đoạn (Zero-Downtime Deployments)
Tích hợp bảo mật ngay từ đầu (Security Built-In)
Sự phụ thuộc của doanh nghiệp vào thời gian hoạt động (uptime) và khả dụng (availability) của hệ thống ngày càng tăng, trong khi mô hình ứng dụng nguyên khối (monolith) truyền thống gặp nhiều trở ngại để đáp ứng yêu cầu này.
Hành trình từ Monolith đến Microservices
Quá trình chuyển đổi từ monolith sang microservices không hề dễ dàng. Việc có quá nhiều nhà phát triển làm việc trên cùng một mã nguồn dẫn đến phức tạp trong tích hợp liên tục (CI). Điều này thúc đẩy xu hướng "tách dần khối nguyên khối" (strangling the monolith) thành các dịch vụ nhỏ hơn.
Mặc dù gặp nhiều khó khăn, các doanh nghiệp đã nhận thấy lợi ích rõ rệt khi hoàn tất hành trình này, bao gồm:
Tăng cường tự động hóa.
Triển khai liên tục với tần suất cao hơn.
Tích hợp tốt hơn giữa đội phát triển và đội vận hành.
Cải thiện khả năng tự phục vụ của đội phát triển khi triển khai ứng dụng.
Nâng cao năng lực giám sát hệ thống, giảm thời gian phát hiện lỗi (MTTD) và thời gian khôi phục (MTTR).
Những Vấn Đề Mới
Việc chuyển sang microservices mang lại nhiều lợi ích. Các tổ chức có thể tổ chức thành các nhóm nhỏ hơn. Các mã nguồn (codebase) không còn phải viết bằng cùng một ngôn ngữ lập trình. Mã nguồn trở nên nhỏ gọn hơn, đơn giản hơn và dễ bảo trì cũng như triển khai hơn. Triển khai một microservice đơn lẻ ít rủi ro hơn. Continuous Integration (CI) trở nên dễ dàng hơn. Bên cạnh đó, các hợp đồng giao tiếp giữa các dịch vụ thông qua API giúp giảm sự phụ thuộc giữa các nhóm phát triển.
Tuy nhiên, kiến trúc mới cũng kéo theo một loạt thách thức mới. Những hoạt động từng rất đơn giản giờ trở nên phức tạp hơn. Một cuộc gọi phương thức (method call) trước đây giờ phải thực hiện qua mạng. Trong một môi trường ngày càng động (dynamic), việc xác định địa chỉ của một dịch vụ mục tiêu trở nên khó khăn hơn. Làm thế nào để một dịch vụ biết được dịch vụ khác có sẵn hay không?
Dưới đây là các thách thức điển hình mà kiến trúc microservices đặt ra:
1. Service Discovery (Khám phá dịch vụ)
Làm thế nào để một dịch vụ tìm ra địa chỉ mạng của các dịch vụ khác?
2. Load Balancing (Cân bằng tải)
Khi mỗi dịch vụ được mở rộng theo chiều ngang (horizontal scaling), cân bằng tải không còn là vấn đề chỉ liên quan đến ingress mà mở rộng ra mọi cấp độ giao tiếp giữa các dịch vụ.
3. Service Call Handling (Xử lý gọi dịch vụ)
Làm thế nào để xử lý tình huống khi một dịch vụ thất bại hoặc mất quá nhiều thời gian phản hồi?
Phần lớn mã nguồn của nhà phát triển phải dành để xử lý lỗi và thời gian phản hồi chậm, bằng cách thêm logic retries (thử lại) và timeouts (giới hạn thời gian).
4. Resilience (Độ bền bỉ)
Các nhà phát triển phải học cách xây dựng các ứng dụng phân tán có khả năng chịu lỗi và ngăn chặn các lỗi dây chuyền (cascading failures).
5. Security (Bảo mật)
Kiến trúc mới có bề mặt tấn công (attack surface) rộng hơn, đặt ra các câu hỏi:
Làm thế nào để bảo vệ hệ thống?
Một dịch vụ có thể tin tưởng vào các yêu cầu từ dịch vụ khác không?
Làm thế nào để xác định danh tính của dịch vụ gọi đến?
6. Programming Models (Mô hình lập trình)
Nhà phát triển bắt đầu khám phá các mô hình thay thế cho multithreading truyền thống nhằm xử lý hiệu quả hơn các vấn đề về network IO (Input/Output), như sử dụng ReactiveX.
7. Diagnosis and Troubleshooting (Chẩn đoán và khắc phục sự cố)
Các stack trace không còn cung cấp ngữ cảnh đầy đủ để chẩn đoán lỗi.
Logs được phân tán trên nhiều dịch vụ khác nhau.
Làm thế nào để nhà phát triển chẩn đoán các vấn đề trải dài qua nhiều microservice?
8. Resource Utilization (Sử dụng tài nguyên)
Việc quản lý hiệu quả tài nguyên trở nên khó khăn hơn do hệ thống được tạo thành từ rất nhiều dịch vụ nhỏ, dẫn đến footprint triển khai lớn hơn.
9. Automated Testing (Kiểm thử tự động)
Việc kiểm thử end-to-end (toàn diện) trở nên khó khăn hơn.
10. Traffic Management (Quản lý luồng traffic)
Nhu cầu định tuyến các yêu cầu linh hoạt đến các dịch vụ khác nhau trong các điều kiện khác nhau ngày càng trở nên cần thiết.
Kết luận:
Những thách thức này đã thúc đẩy sự phát triển của service mesh như một giải pháp tổng thể để giải quyết những vấn đề nảy sinh từ kiến trúc microservices. Service mesh không chỉ giúp quản lý dịch vụ hiệu quả hơn mà còn mang lại các tính năng tiên tiến để bảo mật, tối ưu hóa, và vận hành các hệ thống phân tán hiện đại.