蚂蚁金服ServiceMesh大规模落地系列质量篇
本文为《蚂蚁金服 Service Mesh 大规模落地系列》最后 一篇 - 质量篇，该系列从核心、RPC、消息、无线网关、控制面、安全、运维、测试等模块对 Service Mesh 双十一大规模落地实践进行详细解析。文末包含往期系列文章。
前言
Service Mesh 在蚂蚁金服内部已经大规模落地，经历刚刚双十一的检阅，将现有的体系快速演进至 Service Mesh 架构，无异于给飞机换发动机。本主题主要分享在蚂蚁金服当前的体量下，我们如何做到给飞机换发动机，还确保不出问题。同时在mesh对外客户输出同样有高质量的保障。
本文结合蚂蚁金服 Mesh 化落地质量保障落地的思考，给大家带来如下三个方面的一些质量保障的分享：
- Mesh 化质量保障体系；
- Mesh 化测试技术；
- Mesh 化双十一大规模落地的性能保障；
质量保障体系
首先给大家介绍下我们的质量保障体系。
测试保障体系
我们从测试环境、测试用例、基础功能测试原子镜像能力、测试工具平台、测试场景组合调度、测试方案制定、线上巡检监控、灰度发布三板斧、交付验证、性能、自动化测试等多个方面进行系统性测试保障。通过内外部的质量数据度量和双十一大促来检阅我们的质量能力。
Mesh 测试技术
在开始介绍测试技术之前，我们先了解一下什么是 Service Mesh 以及 Service Mesh 是如何工作的，在蚂蚁金服的技术架构中是以什么形式存在，发挥着怎样的作用。
简单的说 Service Mesh 存在两个面，一个面叫数据面（比如 MOSN），就是处理应用数据请求的一个独立代理模块，脱离于应用，为应用提供请求代理及一些复杂通信逻辑处理，另外一个叫控制面（比如 SOFAMesh），管理应用配置及业务规则等（比如业务开关/服务路由规则），通过下发配置“指挥”数据面去执行，满足不同阶段实现不同的业务支持。
Mesh 框架简图
我们先简单介绍下经典微服务请求路由。
经典微服务模式请求路由
经典微服务模式下 Docker 镜像化服务在一个 Pod 一般只有一个业务应用容器在运行，这种情况下测试框架只要关心业务应用即可。
经典微服务测试架构
Mesh 测试架构改进
Mesh 测试架构在经典微服务测试架构上也做了新的演进。MOSN 作为 Sidecar 与业务容器共存在一个 Pod，资源与业务应用容器共享，每个业务逻辑都需要通过 MOSN 去处理，因而只关心业务应用肯定不够，需要再扩展支持到 MOSN 这类 Sidecar 的测试验证。在 MOSN 中集成了控制面 xds client，与控制面 pilot 建立通信，用于接收 pilot 下发的配置信息。在蚂蚁金服技术架构存在三地五中心/同城双活等容灾能力，因而产生了 LDC，一个集群多个 zone 情况，控制面 pilot下发是可以配置集群+zone+应用+ip 组合粒度，要验证这个多 zone 下发规则准确性，那就需要创建多个 xds client（或者 MOSN）。另外 Sidecar 是不能直接访问的，通过测试应用暴露出接口，给上层测试。
Mesh 化测试架构
构建高仿真测试环境
那么，我们测试环境要做到足够仿真，面临哪些挑战呢？首先看下我们自研的 MOSN 具备的能力和技术复杂性。
MOSN 能力大图
应对 MOSN 测试场景复杂性，我们搭建了一套高仿真测试环境，这里以 MOSN 中的 RPC 功能为例，阐述这套环境的构成要素及环境部署架构。
集成测试环境构成要素
这里可以举一个 RPC 路由的例子来详细讲述。我们知道，业务在做跨 IDC 路由时，主要通过跨域 VIP 实现，这就需要业务在自己的代码中设置 VIP 地址，例如：
<sofa:reference interface="com.alipay.APPNAME.facade.SampleService" id="sampleRpcService"> <sofa:binding.tr>
<sofa:vip url="APPNAME-pool.zone.alipay.net:12200"/>
</sofa:binding.tr>
</sofa:reference>
这时候假如业务配置了不合法的 URL，如：
<sofa:reference interface="com.alipay.APPNAME.facade.SampleService" id="sampleRpcService"> <sofa:binding.tr>
<sofa:vip url="http://APPNAME-pool.zone.alipay.net:12200?_TIMEOUT=3000"/>
</sofa:binding.tr>
</sofa:reference>
上述 VIP URL 指定了 12200 端口，却又同时指定了 http，这种配置是不合法的，就会出现问题，这时候测试环境就需要跨 zone、跨 LDC 的测试环境。我们在多数复杂产品测试里都会遇到，极度复杂测试场景无法 100% 分析充分。一般对于这种场景，我们可以借助于线上流量回放的能力，将线上的真实流量复制到线下，作为我们测试场景的补充。这也需要非常仿真的测试环境做 MOSN 的流量回放支撑。
兼容性测试
MOSN 兼容性验证
我们通过一个例子来详细阐述：老版本的 RPC 中我们支持 TR 协议，后续的新版支持 BOLT 协议，应用升级过程中，存在同时提供 TR 协议和 BOLT 协议服务的情况，如下图：
应用升级过程中，相同接口提供不同协议的服务
首先，应用向 MOSN 发布服务订阅的请求，MOSN 向配置中心订阅，配置中心返回给 MOSN 两个地址，分别支持 TR 和 BOLT，MOSN 从两个地址中选出一个返回给应用 APP。
这里兼容性风险是：MOSN 返回给 APP 的地址是直接取配置中心返回的第一条数据，这里可能是 TR 也可能是 BOLT。
如果 MOSN 返回给应用的地址是支持 BOLT 协议的服务端，那么后续应用发起服调用时，会直接以 BOLT 协议请求 MOSN，MOSN 选址时，会以轮询的方式两个服务提供方，如果调用到 Server1，就会出现协议不支持的报错。
因此我们针对各种兼容性具体场景都要做好分析和相应的测试。
MOSN 的鲁棒测试（稳定性、健壮性）
从 MOSN 的视角来看，其外部依赖如下：
MOSN 外部依赖图
除了验证 MOSN 自身的功能外，我们还通过故障注入的方式，对 MOSN 的外部依赖做了专项测试。通过这种方式，我们发现了一些上述功能测试未覆盖的场景，这里以应用和 MOSN 之间的 12199 端口举例。
应用 APP 接入 MOSN 后，原先应用对外提供的 12200 端口改由 MOSN 去监听，应用的端口修改为 12199，MOSN 会向应用的 12199 端口发送心跳，检测应用是否存活。
如果应用运行过程中出现问题，MOSN 可以通过心跳的方式及时感知到。
MOSN 与 APP 心跳断连处理示意图
如图所示，如果 MOSN 感知到心跳异常后，会向配置中心取消服务注册，同时关闭对外提供的 12200 端口服务。这样做的目的是防止服务端出现问题后，仍收到客户端的服务调用，导致请求失败。
测试该场景，我们通过自动化故障注入系统 drop 掉 APP 返回给 MOSN 的响应数据，人为制造应用 APP 异常的场景。通过这种方式，自动对比期望结果，判断是否异常，后自动进行故障恢复，继续下一个故障注入测试。
Service Mesh 双十一大规模落地的性能保障
Mesh 在落地过程中首先遇到的问题就是，蚂蚁金服如此大体量下，如何不出性能问题。MOSN 从能力上集成了中间件多种能力，因此线下压测比较复杂，在线上全链路压测开始之前，线下我们基于中间件的压测能力做了一轮自身的压测，上线后从业务角度再做全链路压测，问题就会少很多，蚂蚁全链路压测部分，是非常成熟的技术，各种材料也介绍过多次，相信大家都已经非常熟悉。蚂蚁金服中间件线下压测部分介绍比较少，因此我总结归纳给大家介绍下，如下图：
举个控制面 gc 压测分析的例子：
CRD 下发能力是控制面核心，加密通信也是基于 CRD 下发开关触发，而下发的关键性能点在于以下几个因素：
- pilot 支持的 client 并发数；
- 另外对配置下发实时性比较高，因而配置下发到 client 的耗时也是重要指标；
在压测过程中，没有足够资源来创建那么多 xds client，因而开发了 mock client（简化版 xds client），只保留核心通信模块，单 pod 可以支持万级的 client 模拟。在持续压测一段时间，我们发现内存频繁在 GC，导致耗时很高，pprof 分析内存。
MessageToStruct 和 FromJsonMap 最占内存，都是在对数据进行转换，MessageToStruct 之前有过同类优化，因此很快解决，但是 CRD 数据转换的核心 FromJsonMap，需要将数据转成 K8s 能识别的 yaml 信息。我们进行了改造，将一部分内存进行重用，并优化转换函数，耗时下降了好几倍，降到了毫秒级别。
总结
本文分享了 MOSN 落地过程中，我们的测试开发技术。Service Mesh 在蚂蚁金服还将持续演进，我们的质量防控体系还需持续建设，我们面临的挑战还很大。热烈欢迎有兴趣的同学加入蚂蚁金服中间件质量团队。
关于作者：
- 张伟（花名：柑橘） 蚂蚁金服中间件质量团队负责人，关注领域：中间件测试开发技术。
- 王斌（花名：西经）蚂蚁金服 Service Mesh 质量主要负责人，主要 Focus 领域：MOSN。
- 吕超才（花名：柏翘）蚂蚁金服 Service Mesh 控制面质量负责人，主要 Focus 领域：SOFAMesh。
蚂蚁金服 Service Mesh 大规模落地系列文章
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