基于consul实现微服务的服务发现和负载均衡

一. 背景

随着2018年年初国务院办公厅联合多个部委共同发布了《国务院办公厅关于促进“互联网+医疗健康”发展的意见(国办发〔2018〕26号)》，国内医疗IT领域又迎来了一波互联网医院建设的高潮。不过互联网医院多基于实体医院建设，虽说挂了一个“互联网”的名号，但互联网医院系统也多与传统的院内系统，比如： HIS 、 LIS 、 PACS 、 EMR 等共享院内的IT基础设施。

如果你略微了解过国内医院院内IT系统的现状，你就知道目前的多数医院的IT系统相比于互联网行业、电信等行业来说是相对“落伍”的，这种落伍不仅体现在IT基础设施的专业性和数量上，更体现在对新概念、新技术、新设计理念等应用上。虽然国内医院IT系统在技术层面呈现出“多样性”的特征，但整体上偏陈旧和保守 – - 你可以在全国范围内找到10-15年前的各种主流语言( VB 、 delphi 、 c# 等实现的IT系统，并且系统架构多为两层C/S结构的。

近几年 “互联网+医疗” 的兴起的确在一些方面提升了医院的服务效率和水平，但这些互联网医疗系统多部署于院外，并主要集中在 “做入口” 。它们并不算是医院的核心系统：即没有这些互联网系统，医院的业务也是照常进行的(患者可以在传统的窗口办理所有院内业务，就是效率低罢了)。因此，虽然这些互联网医疗系统采用了先进的互联网系统设计理念和技术，但并没有真正提升院内系统的技术水平，它们也只能与院内那些“陈旧”的、难于扩展的系统做对接。

不过互联网医院与这些系统有所不同，虽然它依然“可有可无”，但它却是部署在院内IT基础设施上的系统，同时也受到了院内IT基础设施条件的限制。在我们即将上线的一个针对医院集团的互联网医院版本中，我们就遇到了“被限制”的问题。我们本想上线的Kubernetes集群因为院方提供的硬件“不足”而无法实施，只能“降级”为手工打造的基于consul的微服务服务发现和负载均衡平台，初步满足我们的系统需要。而从 k8s 到 consul 的实践过程，总是让我有一种从工业时代回到的农业时代或是“消费降级”的赶脚^_^。

本文就来说说基于当前较新版本的consul实现微服务的服务发现和负载均衡的过程。

二. 实验环境

这里有三台阿里云的ECS，即用作部署consul集群，也用来承载工作负载的节点（这点与真实生产环境还是蛮像的，医院也仅能提供类似的这点儿可怜的设备）：

consul-1: 192.168.0.129
consul-2: 192.168.0.130
consul-3: 192.168.0.131

操作系统：Ubuntu server 16.04.4 LTS

内核版本：4.4.0-117-generic

实验环境安装有：

实验所用的样例程序镜像：

三. 目标及方案原理

本次实验的最基础、最朴素的两个目标：

所有业务应用均基于容器运行
某业务服务容器启动后，会被自动注册服务，同时其他服务可以自动发现该服务并调用，并且到达这个服务的请求会负载均衡到服务的多个实例。

这里选择了与编程语言技术栈无关的、可搭建微服务的服务发现和负载均衡的 Hashicorp 的 consul 。关于consul是什么以及其基本原理和应用，可以参见我多年前写的这篇有关consul的文章。

但是光有consul还不够，我们还需要结合consul-template、gliderlab的registrator以及nginx共同来实现上述目标，原理示意图如下：

Y7RR3uV.png!web

原理说明：

对于每个biz node上启动的容器，位于每个node上的Registrator实例会监听到该节点上容器的创建和停止的event，并将容器的信息以 consul service 的形式写入consul或从consul删除。
位于每个nginx node上的consul-template实例会watch consul集群，监听到consul service的相关event，并将需要expose到external的service信息获取，按照事先定义好的nginx conf template重新生成nginx.conf并reload本节点的nginx，使得nginx的新配置生效。
对于内部服务来说（不通过nginx暴露到外部)，在被registrator写入consul的同时，也完成了在consul DNS的注册，其他服务可以通过特定域名的方式获取该内部服务的IP列表（A地址)和其他信息，比如端口(SRV)，并进而实现与这些内部服务的通信。

参考该原理，落地到我们实验环境的部署示意图如下：

I7VNNjM.png!web

四. 步骤

下面说说详细的实验步骤。

1. 安装consul集群

首先我们先来安装consul集群。consul既支持二进制程序直接部署，也支持Docker容器化部署。如果consul集群单独部署在几个专用节点上，那么consul可以使用二种方式的任何一种。但是如果consul所在节点还承载工作负载，考虑consul作为整个分布式平台的核心，降低它与docker engine引擎的耦合（docker engine可能会因各种情况经常restart），还是建议以二进制程序形式直接部署在物理机或vm上。这里的实验环境资源有限，我们采用的是以二进制程序形式直接部署的方式。

consul最新版本是1.2.2（截至发稿时），consul 1.2.x版本与consul 1.1.x版本最大的不同在于 consul 1.2.x支持service mesh 了，这对于consul来说可是 革新性 的变化，因此这里担心其初期的稳定性，因此我们选择consul 1.1.0版本。

我们下载 consul 1.1.0安装包后，将其解压到/usr/local/bin下。

在$HOME下建立consul-install目录，并在其下面存放consul集群的运行目录consul-data。在consul-install目录下，执行命令启动 节点consul-1 上的consul：

consul-1 node:

# nohup consul agent -server -ui -dns-port=53 -bootstrap-expect=3 -data-dir=/root/consul-install/consul-data -node=consul-1 -client=0.0.0.0 -bind=192.168.0.129 -datacenter=dc1 > consul-1.log & 2>&1

# tail -100f consul-1.log
bootstrap_expect > 0: expecting 3 servers
==> Starting Consul agent...
==> Consul agent running!
           Version: 'v1.1.0'
           Node ID: 'd23b9495-4caa-9ef2-a1d5-7f20aa39fd15'
         Node name: 'consul-1'
        Datacenter: 'dc1' (Segment: '<all>')
            Server: true (Bootstrap: false)
       Client Addr: [0.0.0.0] (HTTP: 8500, HTTPS: -1, DNS: 53)
      Cluster Addr: 192.168.0.129 (LAN: 8301, WAN: 8302)
           Encrypt: Gossip: false, TLS-Outgoing: false, TLS-Incoming: false

==> Log data will now stream in as it occurs:

    2018/09/10 10:21:09 [INFO] raft: Initial configuration (index=0): []
    2018/09/10 10:21:09 [INFO] raft: Node at 192.168.0.129:8300 [Follower] entering Follower state (Leader: "")
    2018/09/10 10:21:09 [INFO] serf: EventMemberJoin: consul-1.dc1 192.168.0.129
    2018/09/10 10:21:09 [INFO] serf: EventMemberJoin: consul-1 192.168.0.129
    2018/09/10 10:21:09 [INFO] consul: Adding LAN server consul-1 (Addr: tcp/192.168.0.129:8300) (DC: dc1)
    2018/09/10 10:21:09 [INFO] consul: Handled member-join event for server "consul-1.dc1" in area "wan"
    2018/09/10 10:21:09 [INFO] agent: Started DNS server 0.0.0.0:53 (tcp)
    2018/09/10 10:21:09 [INFO] agent: Started DNS server 0.0.0.0:53 (udp)
    2018/09/10 10:21:09 [INFO] agent: Started HTTP server on [::]:8500 (tcp)
    2018/09/10 10:21:09 [INFO] agent: started state syncer
==> Newer Consul version available: 1.2.2 (currently running: 1.1.0)
    2018/09/10 10:21:15 [WARN] raft: no known peers, aborting election
    2018/09/10 10:21:17 [ERR] agent: failed to sync remote state: No cluster leader

我们的三个节点的consul都以server角色启动（consul agent -server）,consul集群初始有三个node( -bootstrap-expect=3)，均位于dc1 datacenter(-datacenter=dc1)，服务bind地址为192.168.0.129(-bind=192.168.0.129 )，允许任意client连接（ -client=0.0.0.0）。我们启动了consul ui(-ui)，便于以图形化的方式查看consul集群的状态。我们设置了consul DNS服务的端口号为53（-dns-port=53），这个后续会起到重要作用，这里先埋下小伏笔。

这里我们使用nohup+&符号的方式将consul运行于后台。生产环境建议使用systemd这样的init系统对consul的启停和配置更新进行管理。

从consul-1的输出日志来看，单节点并没有选出leader。我们需要继续在consul-2和consul-3两个节点上也重复consul-1上的操作，启动consul：

consul-2 node:

#nohup consul agent -server -ui -dns-port=53  -bootstrap-expect=3 -data-dir=/root/consul-install/consul-data -node=consul-2 -client=0.0.0.0 -bind=192.168.0.130 -datacenter=dc1 -join 192.168.0.129 > consul-2.log & 2>&1

consul-3 node:

# nohup consul agent -server -ui -dns-port=53  -bootstrap-expect=3 -data-dir=/root/consul-install/consul-data -node=consul-3 -client=0.0.0.0 -bind=192.168.0.131 -datacenter=dc1 -join 192.168.0.129 > consul-3.log & 2>&1

启动后，我们查看到consul-3.log中的日志:

2018/09/10 10:24:01 [INFO] consul: New leader elected: consul-3
    2018/09/10 10:24:01 [WARN] raft: AppendEntries to {Voter a215865f-dba7-5caa-cfb3-6850316199a3 192.168.0.130:8300} rejected, sending older logs (next: 1)
    2018/09/10 10:24:01 [INFO] raft: pipelining replication to peer {Voter a215865f-dba7-5caa-cfb3-6850316199a3 192.168.0.130:8300}
    2018/09/10 10:24:01 [WARN] raft: AppendEntries to {Voter d23b9495-4caa-9ef2-a1d5-7f20aa39fd15 192.168.0.129:8300} rejected, sending older logs (next: 1)
    2018/09/10 10:24:01 [INFO] raft: pipelining replication to peer {Voter d23b9495-4caa-9ef2-a1d5-7f20aa39fd15 192.168.0.129:8300}
    2018/09/10 10:24:01 [INFO] consul: member 'consul-1' joined, marking health alive
    2018/09/10 10:24:01 [INFO] consul: member 'consul-2' joined, marking health alive
    2018/09/10 10:24:01 [INFO] consul: member 'consul-3' joined, marking health alive
    2018/09/10 10:24:01 [INFO] agent: Synced node info
==> Newer Consul version available: 1.2.2 (currently running: 1.1.0)

consul-3 node上的consul被选为初始leader了。我们可以通过consul提供的子命令查看集群状态：

#  consul operator raft list-peers
Node      ID                                    Address             State     Voter  RaftProtocol
consul-3  0020b7aa-486a-5b44-b5fd-be000a380a89  192.168.0.131:8300  leader  true   3
consul-1  d23b9495-4caa-9ef2-a1d5-7f20aa39fd15  192.168.0.129:8300  follower  true   3
consul-2  a215865f-dba7-5caa-cfb3-6850316199a3  192.168.0.130:8300  follower    true   3

我们还可以通过consul ui以图形化方式查看集群状态和集群内存储的各种配置信息：

Yj6vQva.png!web

至此，consul集群就搭建ok了。

2. 安装Nginx、consul-template和Registrator

根据前面的“部署示意图”，我们在consul-1和consul-2上安装nginx、consul-template和Registrator，在consul-3上安装Registrator。

a) Nginx的安装

我们使用ubuntu 16.04.4默认源中的nginx版本:1.10.3，通过apt-get install nginx安装nginx，这个无须赘述了。

b) consul-template的安装

consul-template 是一个将consul集群中存储的信息转换为文件形式的工具。常用的场景是监听consul集群中数据的变化，并结合模板将数据持久化到某个文件中，再执行某一关联的action。比如我们这里通过consul-template监听consul集群中service信息的变化，并将service信息数据与nginx的配置模板结合，生成nginx可用的nginx.conf配置文件，并驱动nginx重新reload配置文件，使得nginx的配置更新生效。因此一般来说，哪里部署有nginx，我们就应该有一个配对的consul-template部署。

在我们的实验环境中consul-1和consul-2两个节点部署了nginx，因此我们需要在consul-1和consul-2两个节点上部署consul-template。我们直接安装comsul-template的二进制程序（我们使用0.19.5版本），下载安装包并解压后，将consul-template放入/usr/local/bin目录下：

# wget -c https://releases.hashicorp.com/consul-template/0.19.5/consul-template_0.19.5_linux_amd64.zip

# unzip consul-template_0.19.5_linux_amd64.zip
# mv consul-tempate /usr/local/bin
# consul-template -v
consul-template v0.19.5 (57b6c71)

这里先不启动consul-template，后续在注册不同服务的场景中，我们再启动consul-template。

c) Registrator的安装

Registrator 是另外一种工具，它监听Docker引擎上发生的容器创建和停止事件，并将启动的容器信息以consul service的形式存储在consul集群中。因此，Registrator和node上的docker engine对应，有docker engine部署的节点上都应该安装有对应的Registator。因此我们要在实验环境的三个节点上都部署Registrator。

Registrator官方推荐的就是以Docker容器方式运行，但这里我并不使用lastest版本，而是用master版本，因为只有最新的master版本才支持service meta数据的写入，而当前的latest版本是 v7版本，年头较长，并不支持service meta数据写入。

在所有实验环境节点上执行：

# docker run --restart=always -d \
    --name=registrator \
    --net=host \
    --volume=/var/run/docker.sock:/tmp/docker.sock \
    gliderlabs/registrator:master\
      consul://localhost:8500

我们看到registrator将node节点上的/var/run/docker.sock映射到容器内部的/tmp/docker.sock上，通过这种方式registrator可以监听到node上docker引擎上的事件变化。registrator的另外一个参数：consul://localhost:8500则是Registrator要写入信息的consul地址（当然Registrator不仅仅支持consul，还支持etcd、zookeeper等），这里传入的是本node上consul server的地址和服务端口。

Registrator的启动日志如下：

# docker logs -f registrator
2018/09/10 05:56:39 Starting registrator v7 ...
2018/09/10 05:56:39 Using consul adapter: consul://localhost:8500
2018/09/10 05:56:39 Connecting to backend (0/0)
2018/09/10 05:56:39 consul: current leader  192.168.0.130:8300
2018/09/10 05:56:39 Listening for Docker events ...
2018/09/10 05:56:39 Syncing services on 1 containers
2018/09/10 05:56:39 ignored: 6ef6ae966ee5 no published ports

在所有节点都启动完Registrator后，我们来先查看一下当前consul集群中service的catelog以及每个catelog下的service的详细信息：

// consul-1:

# curl  http://localhost:8500/v1/catalog/services
{"consul":[]}

目前只有consul自己内置的consul service catelog，我们查看一下consul这个catelog service的详细信息：

// consul-1:

# curl  localhost:8500/v1/catalog/service/consul|jq
  % Total    % Received % Xferd  Average Speed   Time    Time     Time  Current
                                 Dload  Upload   Total   Spent    Left  Speed
100  1189  100  1189    0     0   180k      0 --:--:-- --:--:-- --:--:--  193k
[
  {
    "ID": "d23b9495-4caa-9ef2-a1d5-7f20aa39fd15",
    "Node": "consul-1",
    "Address": "192.168.0.129",
    "Datacenter": "dc1",
    "TaggedAddresses": {
      "lan": "192.168.0.129",
      "wan": "192.168.0.129"
    },
    "NodeMeta": {
      "consul-network-segment": ""
    },
    "ServiceID": "consul",
    "ServiceName": "consul",
    "ServiceTags": [],
    "ServiceAddress": "",
    "ServiceMeta": {},
    "ServicePort": 8300,
    "ServiceEnableTagOverride": false,
    "CreateIndex": 5,
    "ModifyIndex": 5
  },
  {
    "ID": "a215865f-dba7-5caa-cfb3-6850316199a3",
    "Node": "consul-2",
    "Address": "192.168.0.130",
    "Datacenter": "dc1",
    "TaggedAddresses": {
      "lan": "192.168.0.130",
      "wan": "192.168.0.130"
    },
    "NodeMeta": {
      "consul-network-segment": ""
    },
    "ServiceID": "consul",
    "ServiceName": "consul",
    "ServiceTags": [],
    "ServiceAddress": "",
    "ServiceMeta": {},
    "ServicePort": 8300,
    "ServiceEnableTagOverride": false,
    "CreateIndex": 6,
    "ModifyIndex": 6
  },
  {
    "ID": "0020b7aa-486a-5b44-b5fd-be000a380a89",
    "Node": "consul-3",
    "Address": "192.168.0.131",
    "Datacenter": "dc1",
    "TaggedAddresses": {
      "lan": "192.168.0.131",
      "wan": "192.168.0.131"
    },
    "NodeMeta": {
      "consul-network-segment": ""
    },
    "ServiceID": "consul",
    "ServiceName": "consul",
    "ServiceTags": [],
    "ServiceAddress": "",
    "ServiceMeta": {},
    "ServicePort": 8300,
    "ServiceEnableTagOverride": false,
    "CreateIndex": 7,
    "ModifyIndex": 7
  }
]

3. 内部http服务的注册和发现

对于微服务而言，有暴露到外面的，也有仅运行在内部，被内部服务调用的。我们先来看看内部服务，这里以一个http服务为例。

对于暴露到外部的微服务而言，可以通过域名、路径、端口等来发现。但是对于内部服务，我们怎么发现呢？k8s中我们可以通过k8s集群的DNS插件进行自动域名解析实现，每个pod中container的DNS server指向的就是k8s dns server。这样service之间可以通过使用固定规则的域名 (比如：your_svc.default.svc.cluster.local)来访问到另外一个service(仅需配置一个service name)，再通过service实现该服务请求负载均衡到service关联的后端endpoint(pod container)上。consul集群也可以做到这点，并 使用consul提供的DNS服务 来实现内部服务的发现。

我们需要对三个节点的DNS配置进行update，将consul DNS server加入到主机DNS resolver(这也是之前在启动consul时将consul DNS的默认监听端口从8600改为53的原因)，步骤如下：

编辑/etc/resolvconf/resolv.conf.d/base，加入一行：

nameserver 127.0.0.1

重启resolveconf服务

/etc/init.d/resolvconf restart

再查看/etc/resolve.conf文件：

# cat /etc/resolv.conf
# Dynamic resolv.conf(5) file for glibc resolver(3) generated by resolvconf(8)
#     DO NOT EDIT THIS FILE BY HAND -- YOUR CHANGES WILL BE OVERWRITTEN
nameserver 100.100.2.136
nameserver 100.100.2.138
nameserver 127.0.0.1
options timeout:2 attempts:3 rotate single-request-reopen

我们发现127.0.0.1这个DNS server地址已经被加入到/etc/resolv.conf中了（切记：不要直接手工修改/etc/resolve.conf）。

好了！有了consul DNS，我们就可以发现consul中的服务了。consul给其集群内部的service一个默认的域名：your_svc.service.{data-center}.consul. 之前我们查看了cluster中只有一个consul catelog service，我们就来访问一下该consul service：

# ping -c 3 consul.service.dc1.consul
PING consul.service.dc1.consul (192.168.0.129) 56(84) bytes of data.
64 bytes from iZbp15tvx7it019hvy750tZ (192.168.0.129): icmp_seq=1 ttl=64 time=0.029 ms
64 bytes from iZbp15tvx7it019hvy750tZ (192.168.0.129): icmp_seq=2 ttl=64 time=0.025 ms
64 bytes from iZbp15tvx7it019hvy750tZ (192.168.0.129): icmp_seq=3 ttl=64 time=0.031 ms

# ping -c 3 consul.service.dc1.consul
PING consul.service.dc1.consul (192.168.0.130) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.0.130: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.186 ms
64 bytes from 192.168.0.130: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.136 ms
64 bytes from 192.168.0.130: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.195 ms

# ping -c 3 consul.service.dc1.consul
PING consul.service.dc1.consul (192.168.0.131) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.0.131: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.149 ms
64 bytes from 192.168.0.131: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.184 ms
64 bytes from 192.168.0.131: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.179 ms

我们看到consul服务有三个实例，因此DNS轮询在不同ping命令执行时返回了不同的地址。

现在在主机层面上，我们可以发现consul中的service了。如果我们的服务调用者跑在docker container中，我们还能找到consul服务么？

# docker run busybox ping consul.service.dc1.consul
ping: bad address 'consul.service.dc1.consul'

事实告诉我们：不行！

那么我们如何让运行于docker container中的服务调用者也能发现consul中的service呢？我们需要给docker引擎指定DNS：

在/etc/docker/daemon.json中添加下面配置:

{
    "dns": ["node_ip", "8.8.8.8"] //node_ip： consul_1为192.168.0.129、consul_2为192.168.0.130、consul_3为192.168.0.131
}

重启docker引擎后，再尝试在容器内发现consul服务：

# docker run busybox ping consul.service.dc1.consul
PING consul.service.dc1.consul (192.168.0.131): 56 data bytes
64 bytes from 192.168.0.131: seq=0 ttl=63 time=0.268 ms
64 bytes from 192.168.0.131: seq=1 ttl=63 time=0.245 ms
64 bytes from 192.168.0.131: seq=2 ttl=63 time=0.235 ms

这次就ok了！

接下来我们在三个节点上以容器方式启动我们的一个内部http服务demo httpbackend：

# docker run --restart=always -d  -l "SERVICE_NAME=httpbackend" -p 8081:8081 bigwhite/httpbackendservice:v1.0.0

我们查看一下consul集群内的httpbackend service信息：

# curl  localhost:8500/v1/catalog/service/httpbackend|jq
  % Total    % Received % Xferd  Average Speed   Time    Time     Time  Current
                                 Dload  Upload   Total   Spent    Left  Speed
100  1374  100  1374    0     0   519k      0 --:--:-- --:--:-- --:--:--  670k
[
  {
    "ID": "d23b9495-4caa-9ef2-a1d5-7f20aa39fd15",
    "Node": "consul-1",
    "Address": "192.168.0.129",
   ...
  },
  {
    "ID": "a215865f-dba7-5caa-cfb3-6850316199a3",
    "Node": "consul-2",
    "Address": "192.168.0.130",
   ...
  },
  {
    "ID": "0020b7aa-486a-5b44-b5fd-be000a380a89",
    "Node": "consul-3",
    "Address": "192.168.0.131",
   ...
  }
]

再访问一下该服务：

# curl httpbackend.service.dc1.consul:8081
this is httpbackendservice, version: v1.0.0

内部服务发现成功！

4. 暴露外部http服务

说完了内部服务，我们再来说说那些要暴露到外部的服务，这个环节就轮到consul-template登场了！在我们的实验中，consul-template读取consul中service信息，并结合模板生成nginx配置文件。我们基于默认安装的/etc/nginx/nginx.conf文件内容来编写我们的模板。我们先实验暴露http服务到外面。下面是模板样例：

//nginx.conf.template

.... ...

http {
        ... ...
        ##
        # Virtual Host Configs
        ##

        include /etc/nginx/conf.d/*.conf;
        include /etc/nginx/sites-enabled/*;

        #
        # http server config
        #

        {{range services -}}
        {{$name := .Name}}
        {{$service := service .Name}}
        {{- if in .Tags "http" -}}
        upstream {{$name}} {
          zone upstream-{{$name}} 64k;
          {{range $service}}
          server {{.Address}}:{{.Port}} max_fails=3 fail_timeout=60 weight=1;
          {{end}}
        }{{end}}
        {{end}}

        {{- range services -}} {{$name := .Name}}
        {{- if in .Tags "http" -}}
        server {
          listen 80;
          server_name {{$name}}.tonybai.com;

          location / {
            proxy_pass http://{{$name}};
          }
        }
        {{end}}
        {{end}}

}

consul-template使用的模板采用的是 go template 的语法。我们看到在http block中，我们要为consul中的每个要expose到外部的catelog service定义一个server block(对应的域名为your_svc.tonybai.com)和一个upstream block。

对上面的模板做简单的解析，弄明白三点，模板基本就全明白了：

{{- range services -}}：标准的{{ range pipeline }}模板语法， services 这个pipeline的调用相当于： curl localhost:8500/v1/catalog/services，即获取catelog services列表。这个列表中的每项仅有Name和Tags两个字段可用。
{{- if in .Tags “http” -}}：判断语句，即如果Tags字段中有http这个tag，那么则暴露该catelog service。
{{range $service}}：也是标准的{{ range pipeline }}模板语法，$service这个pipeline调用相当于curl localhost:8500/v1/catalog/service/xxxx，即获取某个service xxx的详细信息，包括Address、Port、Tag、Meta等。

接下来，我们在consul-1和consul-2上启动consul-template：

consul-1:
# nohup  consul-template -template "/root/consul-install/templates/nginx.conf.template:/etc/nginx/nginx.conf:nginx -s reload" > consul-template.log & 2>&1

consul-2:
# nohup  consul-template -template "/root/consul-install/templates/nginx.conf.template:/etc/nginx/nginx.conf:nginx -s reload" > consul-template.log & 2>&1

查看/etc/nginx/nginx.conf，你会发现http server config下面并没有生成任何配置，因为consul集群中还没有满足Tag条件的service（包含tag “http”)。现在我们就来在三个node上创建httpfront services。

# docker run --restart=always -d -l "SERVICE_NAME=httpfront" -l "SERVICE_TAGS=http" -P bigwhite/httpfrontservice:v1.0.0

查看生成的nginx.conf:

upstream httpfront {
      zone upstream-httpfront 64k;

          server 192.168.0.129:32769 max_fails=3 fail_timeout=60 weight=1;

          server 192.168.0.130:32768 max_fails=3 fail_timeout=60 weight=1;

          server 192.168.0.131:32768 max_fails=3 fail_timeout=60 weight=1;

    }

    server {
      listen 80;
          server_name httpfront.tonybai.com;

      location / {
        proxy_pass http://httpfront;
      }
    }

测试一下httpfront.tonybai.com(可通过修改/etc/hosts)，httpfront service会调用内部服务httpbackend(通过httpbackend.service.dc1.consul:8081访问)：

# curl httpfront.tonybai.com
this is httpfrontservice, version: v1.0.0, calling backendservice ok, its resp: [this is httpbackendservice, version: v1.0.0
]

可以在各个节点上查看httpfront的日志：(通过docker logs)，你会发现到httpfront.tonybai.com的请求被均衡到了各个节点上的httpfront service上了：

{GET / HTTP/1.0 1 0 map[Connection:[close] User-Agent:[curl/7.47.0] Accept:[*/*]] {} <nil> 0 [] true httpfront map[] map[] <nil> map[] 192.168.0.129:35184 / <nil> <nil> <nil> 0xc0000524c0}
calling backendservice...
{200 OK 200 HTTP/1.1 1 1 map[Date:[Mon, 10 Sep 2018 08:23:33 GMT] Content-Length:[44] Content-Type:[text/plain; charset=utf-8]] 0xc0000808c0 44 [] false false map[] 0xc000132600 <nil>}
this is httpbackendservice, version: v1.0.0

5. 暴露外部tcp服务

我们的微服务可不仅仅有http服务的，还有直接暴露tcp socket服务的。nginx对tcp的支持是通过stream block支持的。在stream block中，我们来为每个要暴露在外面的tcp service生成server block和upstream block，这部分模板内容如下：

stream {
   {{- range services -}}
   {{$name := .Name}}
   {{$service := service .Name}}
     {{- if in .Tags "tcp" -}}
  upstream {{$name}} {
    least_conn;
    {{- range $service}}
    server {{.Address}}:{{.Port}} max_fails=3 fail_timeout=30s weight=5;
    {{ end }}
  }
     {{end}}
  {{end}}

   {{- range services -}}
   {{$name := .Name}}
   {{$nameAndPort := $name | split "-"}}
    {{- if in .Tags "tcp" -}}
  server {
      listen {{ index $nameAndPort 1 }};
      proxy_pass {{$name}};
  }
    {{end}}
   {{end}}
}

和之前的http服务模板相比，这里的Tag过滤词换为了 “tcp” ，并且由于端口具有排他性，这里用”名字-端口”串来作为service的name以及upstream block的标识。用一个例子来演示会更加清晰。由于修改了nginx模板，在演示demo前，需要重启一下各个consul-template。

然后我们在各个节点上启动tcpfront service（注意服务名为tcpfront-9999，9999是tcpfrontservice expose到外部的端口）：

# docker run -d --restart=always -l "SERVICE_TAGS=tcp" -l "SERVICE_NAME=tcpfront-9999" -P bigwhite/tcpfrontservice:v1.0.0

启动后，我们查看一下生成的nginx.conf:

stream {

   upstream tcpfront-9999 {
    least_conn;
    server 192.168.0.129:32770 max_fails=3 fail_timeout=30s weight=5;

    server 192.168.0.130:32769 max_fails=3 fail_timeout=30s weight=5;

    server 192.168.0.131:32769 max_fails=3 fail_timeout=30s weight=5;

  }

   server {
      listen 9999;
      proxy_pass tcpfront-9999;
  }

}

nginx对外的9999端口对应到集群内的tcpfront服务！这个tcpfront是一个echo服务，我们来测试一下：

# telnet localhost 9999
Trying 127.0.0.1...
Connected to localhost.
Escape character is '^]'.
hello
[v1.0.0]2018-09-10 08:56:15.791728641 +0000 UTC m=+531.620462772 [hello
]
tonybai
[v1.0.0]2018-09-10 08:56:17.658482957 +0000 UTC m=+533.487217127 [tonybai
]

基于暴露tcp服务，我们还可以实现将全透传的https服务暴露到外部。所谓全透传的https服务，即ssl证书配置在服务自身，而不是nginx上面。其实现方式与暴露tcp服务相似，这里就不举例了。

五. 小结

以上基于consul+consul-template+registrator+nginx实现了一个基本的微服务服务发现和负载均衡框架，但要应用到生产环境还需一些进一步的考量。

关于服务治理的一些功能，consul 1.2.x版本已经加入了 service mesh 的support，后续在成熟后可以考虑upgrade consul cluster。

consul-template在v0.19.5中还不支持servicemeta的，但在master版本中已经支持，后续利用新版本的consul-template可以实现功能更为丰富的模板，比如实现灰度发布等。

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一. 背景

二. 实验环境

三. 目标及方案原理

四. 步骤

1. 安装consul集群

2. 安装Nginx、consul-template和Registrator

a) Nginx的安装

b) consul-template的安装

c) Registrator的安装

3. 内部http服务的注册和发现

4. 暴露外部http服务

5. 暴露外部tcp服务

五. 小结

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