已有42人围观 来源:InfoQ 发布于:2021-04-23 01:49:07
目前 Mesh 本身就有非常多的协定支撑的诉求,本来的方法是直接用 Golang 写协定解析的代码,现在通过 Wasm 可以让 MOSN 更好地以更加灵巧以及可扩大的方法去支撑协定开发。本文重要介绍基于 Wasm 实现开放协定扩大流程和原理,更好的赞助开发者懂得和更容易接入 Mesh。
背     景

在云原生趋势下,对厂商和客户扩大语言应当是包容的,不应当将用户的技巧栈绑定到 Sidecar 语言中,我们关注到 Wasm 能解决这个问题,它供给沙箱隔离机制,许可多语言编写代码打包成 Wasm 文件,然后嵌入到 Sidecar 中履行。幻想情形下,MOSN 保证核心组件稳固,厂商私有代码不应当合并到 MOSN 中,应当具备按需扩大才能即可,MOSN 具备灵巧的扩大才能,以及对多语言友爱、稳固和安全性高级才能。本文重点会以 Go 语言为例,讲授如何基于 Wasm 对 MOSN 的协定进行扩大。

协定拓展

在具体讲授扩大前,简略介绍一下应用 Wasm 扩大的优缺陷。

应用 Wasm 扩大将带来以下利益:

  • 隔离性 : Wasm 扩大将运行在资源受限的沙箱中,扩大代码的破绽及瓦解都无法传导到沙箱之外,沙箱所应用的 CPU、内存资源等受宿主机(MOSN)掌握。

  • 安全性 : Wasm 扩大只能通过一组有限的、明肯定义的 ABI 与 MOSN 进行通讯,MOSN 对该 ABI 具有完整的掌握权,这使得 Wasm 扩大只能应用 MOSN 许可的才能、拜访受许可的资源。

  • 敏捷性 : Wasm 扩大框架许可在不重启 MOSN 的前提下,动态加载、更新、卸载 Wasm 扩大插件。

  • 灵巧性 : 可以应用多种语言编写 Wasm 扩大,例如: Go、C++、Rust 等,甚至直接复用社区扩大插件。

应用 Wasm 扩大包括以下缺陷:

  • 增长性能开销:目前沙箱和宿主机内存隔离,插件和 MOSN 数据交流须要通过 ABI 和内存 Copy,会增长性能开销。

  • 成熟度相对不足:目前 Wasm runtime 还须要进行生产验证,目前基于 C 的 Wasm 实现相比较较成熟。

  1. 模块装载流程在讲授模块装载流程前,我们先看一段最小化激活 MOSN Wasm 扩大的配置:



可以看到,激活扩大插件的配置相对来说比较清楚明了。重要供给插件路径和指定引擎(标志 1、2 和 3),在 MOSN 扩大点地位引用插件 ID 即可(标志 4、5 和 6)。接下来,我们看下装载流程:


开发同窗编写好协定插件后,然后编译为.wasm 文件,在 MOSN 主进程启动期间,依据供给的配置文件(插件路径、filter 中准确指定插件 ID),MOSN 会依据配置的引擎名称、配置文件装载 .wasm 文件,初始化 Wasm Module,然后创立对应的沙箱实例。以协定举例,当有要求进来时,会触发插件的解码逻辑,插件解码完成后,会自动告诉 MOSN 解码完成,由 MOSN 生成解码后的要求对象(Frame)。

  1. 要求 / 响应流程

在 MOSN 分层中包括四层,IO、Protocol、Stream 和 Proxy 层,IO 层重要用来读取网络层数据。Protocol 层供给协定编解码才能。Stream 层用于封装要求 / 响应帧,也会保留一些链接(downstream&upsteam)信息。Proxy 层用来做路由寻址转发等才能。在 RPC 场景中,要求和响应流程都会经过以下步骤:

  • 要求 / 响应达到 NETWORK/IO 层。

  • 通过协定去解码 Buffer 数据流,创立高低文。

  • 生成 Stream,封装帧以及衔接信息。

  • 经过 Proxy 层进行路由转发, 编码要求 / 响应。

在支撑基于 Wasm 虚拟机扩大协定时,会在 Protocol 层扩大一个被称为 Wasm Protocol 代理实现,在协定模块装载时,会创立 Wasm Protocol 实例去代理开发者协定插件。因为在 MOSN 中 Protocol 是单实例的,须要在 MOSN 中同时支撑多个协定扩大,所以须要为开发者协定插件实现创立非共享的 Wasm Protocol 实例。

  1. 编解码流程一次尺度的要求响应,须要斟酌很多情形,不仅仅是编解码,还有心跳和 Hijacker 等进程,为了通俗易懂,本文重要以编解码为场景,讲授应用 Wasm 进行协定扩大。

一次尺度要求达到 MOSN 时,在全部转发周期中,须要先经过 Decode(协定解码),然后再通过 Encode(协定编码)生成二进制流,通过 Socket 转发出去。基于 Wasm 协定扩大,会经过以下步骤:

  • 数据报文委托给扩大协定 Wasm Protocol 解码。

  • 沙箱内扩大协定解码被调用,返回 Command。

  • Command 在转发前,委托给 Wasm Protocol 编码。

  • 沙箱内开发者扩大编码被调用,返回 Buffer。


Question:

  1. MOSN 中 Protocol 是单实例的,基于 Wasm 是如何支撑多个协定同时扩大的?在 Wasm Module 装载时,解析 filter_chains 时会给扩大协定注册一份 Wasm Protocol 扩大实例, 这样 Wasm Protcol 就能准确辨认代理具体协定了。沙箱内存隔离,如何解决协定数据类型透传? 因为不像动态链接库那样,同一个类型加载插件和 Host 共享类型。Host 的 Command 传给 Plugin,Plugin 的 Command 是开发者私有对象,须要类型匹配。在协定扩大中,沙箱内插件要求 Command 类型不能和 Host 共享,因此 Command 类型无法传递。因为插件和 Host 之间通讯采取 ABI 交互,因此我们在 ABI 接口设计上采取通用协定传输,以解码 ABI(插件上报给 Host)格局举例:


接下来,我们更进一步拆解编解码内部流程 Host 是如何与沙箱插件进行交互的:

  • 当 IO 数据流达到时,Connection 会分发(dispatch)Buffer, 会创立 downstream 的高低文 Context。

  • 在调用 Wasm Protocol 的解码之前,会调用沙箱插件 OnContextCreate 办法创立插件高低文(简称 Wasm Context), Wasm Context 对象会保留在 Host 的高低文中,用于回调插件性命周期办法。

  • Host 调用插件解码办法,会通过 abi 规范办法传递 Buffer 字节和长度,同时也会把当前会话的 contextID 透传给插件。

  • 沙箱内 SDK 会依据 contextID 查找已经创立的 Protocol Context (开发者供给的协定插件),调用协定解码并生成 Command。

  • 在全部 Decode 的流程中,Host 和沙箱插件已经获得锁。沙箱插件会依据解出的 Command,生成 Host 侧能懂得的 Command 构造,由 Wasm Protocol 生成 Request 或者 Response 类型 Command。

  • 在 Host 转发要求到远端主机时,会再次调用 Wasm Protocol 进行一次编码, 这里会通过编码 ABI 接口,同时会把 contextID 透传给插件。

  • 沙箱内 SDK 会依据 contextID 查找已经创立的 ProtocolContext (开发者供给的协定插件),会先用第 4 步生成的 Command 作为参数,传递给协定插件编码(encode)入参, 如果此时 Host 侧 Header 和 Content 有变革,在传递给协定插件之前,会更新 Command 的 Header 和 Content,保证 Host 侧的内容不会丧失。

  • 当协定插件编码生成 Buffer 时,沙箱 SDK 会负责将编码数据 Copy 到 Host 侧(通过 ABI 接口),然后通过 Connection 发送出去。

  • 当收到响应时,针对 Response 的 Command,会创立新的 Context,步骤 1~8 会重新履行一遍。特别的情形,在收到响应时,Host 清算资源时,会将要求的 Wasm Context 和响应的 Wasm Context 一并消除, 防止内存泄漏。

沙箱 SDK 将编码数据 Copy 到 Host 侧,通过以下 ABI 接口对 Host 发起调用:


为了澄清 Context 之间的关系,在这里做一些扼要解释。在下图中的 Context 我们是指沙箱内插件的高低文 ( Wasm Context )。在 Wasm 文件被加载进 Host 时,Host 会解析并创立对应的 Module,基于 Module 创立等价于 CPU 数目标沙箱实例。Root Context 一般用于全局的性命周期回调,比如虚拟机启动通知、插件激活通知和定时器等。Host 侧会为每个会话 (要求级别) 创立对应的 Context (这里对应于沙箱内部高低文),沙箱实例能够处置多笔要求。Host 本身实现会创立 Context,这个和沙箱的高低文是独立的,没有 Wasm 扩大之前它会存一些衔接 ID、当前 listener 类型和协定信息等,有了 Wasm 之后,我们会在 Host 的 Context 中存储 Wasm Context 信息而已。

Qiuck Start

本小节重要演示迅速跑通协定扩大流程,我们基于 Wasm 扩大机制实现 wasm-bolt 协定插件(基于原生 bolt 协定),跑通主流程比较简略,分为以下步骤:

  • 供给插件代码,并打包成 bolt-go.wasm 文件。

  • 启动 MOSN 并装载 bolt-go.wasm 插件。

  • 启动 JAVA SOFABoot 服务端和客户端程序。

演示场景:MOSN 端会监听端口 2045 和 2046,当 2045 端口监听到 SOFABoot 客户端发来的要求时,会转发给 2046 端口,最终会把要求转发给 SOFABoot 服务端运用程序。



  1. 编写协定扩大基于 wasm-bolt 插件示例我们已经编译好了,可以作为演示程序直接应用。如果愿望自己手动编译, 供给 2 种方法进行编译。采取镜像的方法开发环境编译,在 examples 目录 bolt (路径附在文章末端)中履行命令,编译胜利后会在 build 目录生成 bolt-go.wasm 文件:

如果直接在本地编译,须要 tiny-go >= 0.17.0 版本, 可以在 examples 目录 bolt 中履行命令:

  1. 启动 MOSN目前供给了一份用于 Wasm 启动的配置文件(路径附在文章末端) mosn_rpc_config_wasm.json,可以应用以下命令启动 MOSN:

提醒:mosn_rpc_config_wasm 中已经配置了 bolt-go.wasm,在项目根目录 etc/wasm/ 目录中。

其中, mosnd 可履行文件可以通过编译 MOSN 获取, 履行以下命令:

如果是研发同窗,可以依据 Step 2 拉代替码,直接通过 intellij idea 右键项目根目录 Debug(这样就不用手动去编译且不须要命令行启动 MOSN 了),在 Edit Configurations... 调试配置页签中修正包路径和程序入口参数:

  1. 启动 SOFABoot目前 SOFABoot 运用测试程序已经托管到 Github 上,可以通过以下命令获取:

启动 SOFABoot 服务端程序:

java -DMOSN_ENABLE=true -Drpc_tr_port=12199 -Dspring.profiles.active=dev -Drpc_register_registry_ignore=true -jar sofa-echo-server-web-1.0-SNAPSHOT-executable.jar

然后启动 SOFABoot 客户端程序:

java -DMOSN_ENABLE=true -Drpc_tr_port=12198 -Dspring.profiles.active=dev -Drpc_register_registry_ignore=true -jar sofa-echo-client-web-1.0-SNAPSHOT-executable.jar

当客户端启动胜利后,会在终端输出以下信息(每隔 1 秒发起一次 Wasm 要求):

当前扩大特征已经合并进开源社区:
wasm protocol #1579:
https://github.com/mosn/mosn/pull/1597?spm=ata.21736010.0.0.4e6513eeCnOrtd
mosn api #31:
https://github.com/mosn/api/pull/31?spm=ata.21736010.0.0.4e6513eeCnOrtd
wasm sdk-go:
https://github.com/zonghaishang/proxy-wasm-sdk-go?spm=ata.21736010.0.0.4e6513eeCnOrtd
附:
Wasm 启动配置文件:
https://github.com/mosn/mosn/blob/master/configs/mosn_rpc_config_wasm.json?spm=ata.21736010.0.0.4e6513eeQRr96Y&file=mosn_rpc_config_wasm.jsonexample 
目录:
https://github.com/zonghaishang/proxy-wasm-sdk-go/tree/master/examples/bolt

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