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Istio 運維實戰系列(3):讓人頭大的『無頭服務』-下

2020-09-29 20:03:54 其他

本系列文章將介紹用戶從 Spring Cloud,Dubbo 等傳統微服務框架遷移到 Istio 服務網格時的一些經驗,以及在使用 Istio 程序中可能遇到的一些常見問題的解決方法,

失敗的 Eureka 心跳通知

在上一篇文章中,我們介紹了 Headless Service 和普通 Service 的區別,由于 Headless Service 的特殊性,在 Istio 下發給 Envoy Sidecar 的配置中,此類服務的配置引數和其他服務的引數有所不同,除了我們上次遇到的 mTLS 故障之外,這些差異可能還會導致應用出現一些其他意想不到的情況,

這次遇到的問題現象是:在 Spring Cloud 應用遷移到 Istio 中后,服務提供者向 Eureka Server 發送心跳失敗,

備注:Eureka Server 采用心跳機制來判定服務的健康狀態,服務提供者在啟動后,周期性(默認30秒)向Eureka Server發送心跳,以證明當前服務是可用狀態,Eureka Server在一定的時間(默認90秒)未收到客戶端的心跳,則認為服務宕機,注銷該實體,

查看應用程式日志,可以看到 Eureka 客戶端發送心跳失敗的相關日志資訊,

2020-09-24 13:32:46.533 ERROR 1 --- [tbeatExecutor-0] com.netflix.discovery.DiscoveryClient    : DiscoveryClient_EUREKA-TEST-CLIENT/eureka-client-544b94f967-gcx2f:eureka-test-client - was unable to send heartbeat!

com.netflix.discovery.shared.transport.TransportException: Cannot execute request on any known server
	at com.netflix.discovery.shared.transport.decorator.RetryableEurekaHttpClient.execute(RetryableEurekaHttpClient.java:112) ~[eureka-client-1.9.13.jar!/:1.9.13]
	at com.netflix.discovery.shared.transport.decorator.EurekaHttpClientDecorator.sendHeartBeat(EurekaHttpClientDecorator.java:89) ~[eureka-client-1.9.13.jar!/:1.9.13]
	at com.netflix.discovery.shared.transport.decorator.EurekaHttpClientDecorator$3.execute(EurekaHttpClientDecorator.java:92) ~[eureka-client-1.9.13.jar!/:1.9.13]
	at com.netflix.discovery.shared.transport.decorator.SessionedEurekaHttpClient.execute(SessionedEurekaHttpClient.java:77) ~[eureka-client-1.9.13.jar!/:1.9.13]
	at com.netflix.discovery.shared.transport.decorator.EurekaHttpClientDecorator.sendHeartBeat(EurekaHttpClientDecorator.java:89) ~[eureka-client-1.9.13.jar!/:1.9.13]
	at com.netflix.discovery.DiscoveryClient.renew(DiscoveryClient.java:864) ~[eureka-client-1.9.13.jar!/:1.9.13]
	at com.netflix.discovery.DiscoveryClient$HeartbeatThread.run(DiscoveryClient.java:1423) ~[eureka-client-1.9.13.jar!/:1.9.13]
	at java.base/java.util.concurrent.Executors$RunnableAdapter.call(Executors.java:515) ~[na:na]
	at java.base/java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:264) ~[na:na]
	at java.base/java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1130) ~[na:na]
	at java.base/java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:630) ~[na:na]
	at java.base/java.lang.Thread.run(Thread.java:832) ~[na:na]

過期的 IP 地址

對于請求失敗類的故障,我們首先可以通過 Envoy 的訪問日志查看失敗原因,通過下面的命令查看客戶端 Envoy Sidecar 的日志:

k logs -f eureka-client-66f748f84f-vvvmz -c eureka-client -n eureka

從 Envoy 日志中可以查看到客戶端通過 HTTP PUT 向服務器發出的心跳請求,該請求的 Response 狀態碼為 "UF,URX",表示其 Upstream Failure,即連接上游服務失敗,在日志中還可以看到,在連接失敗后,Envoy 向客戶端應用回傳了一個 "503" HTTP 錯誤碼,

[2020-09-24T13:31:37.980Z] "PUT /eureka/apps/EUREKA-TEST-CLIENT/eureka-client-544b94f967-gcx2f:eureka-test-client?status=UP&lastDirtyTimestamp=1600954114925 HTTP/1.1" 503 UF,URX "-" "-" 0 91 3037 - "-" "Java-EurekaClient/v1.9.13" "1cd54507-3f93-4ff3-a93e-35ead11da70f" "eureka-server:8761" "172.16.0.198:8761" outbound|8761||eureka-server.eureka.svc.cluster.local - 172.16.0.198:8761 172.16.0.169:53890 - default

從日志中可以看到訪問的 Upstream Cluster 是 outbound|8761||eureka-server.eureka.svc.cluster.local ,Envoy 將該請求轉發到了 IP地址 為 172.16.0.198 的 Upstream Host,

查看集群中部署的服務,可以看到 eureka-server 是一個 Headless Service,

HUABINGZHAO-MB0:eureka-istio-test huabingzhao$ k get svc -n eureka -o wide
NAME            TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE   SELECTOR
eureka-server   ClusterIP   None         <none>        8761/TCP   17m   app=eureka-server

在本系列的上一篇文章『Istio 運維實戰系列(2):讓人頭大的『無頭服務』-上』中,我們了解到 Headless Service 并沒有 Cluster IP,DNS 會直接將 Service 名稱決議到 Service 后端的多個 Pod IP 上,Envoy 日志中顯示連接 Eureka Server地址 172.16.0.198 失敗,我們來看看這個 IP 來自哪一個 Eureka Server 的 Pod ,

HUABINGZHAO-MB0:eureka-istio-test huabingzhao$ k get pod -n eureka -o wide | grep eureka-server
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP             NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
eureka-server-0                  1/1     Running   0          6h55m   172.16.0.59    10.0.0.15   <none>           <none>
eureka-server-1                  1/1     Running   0          6m1s    172.16.0.200   10.0.0.7    <none>           <none>
eureka-server-2                  1/1     Running   0          6h56m   172.16.1.3     10.0.0.14   <none>           <none>

從上面的命令輸出中可以看到 Eureka 集群中有三個服務器,但沒有哪一個服務器的 Pod IP 是 Envoy 日志中顯示的 172.16.0.198,進一步分析發現 eureka-server-1 Pod 的啟動時間比客戶端的啟動時間晚很多,初步懷疑 Envoy 采用了一個已經被銷毀的 Eureka Server 的 IP 進行訪問,導致訪問失敗,

通過查看 Envoy dump 檔案中 outbound|8761||eureka-server.eureka.svc.cluster.local 的相關配置,進一步加深了我對此的懷疑,從下面的 yaml 片段中可以看到該 Cluster 的型別為 “ORIGINAL_DST”,

{
     "version_info": "2020-09-23T03:57:03Z/27",
     "cluster": {
      "@type": "type.googleapis.com/envoy.api.v2.Cluster",
      "name": "outbound|8761||eureka-server.eureka.svc.cluster.local",
      "type": "ORIGINAL_DST",  # 該選項表明 Enovy 在轉發請求時會直接采用 downstream 原始請求中的地址,
      "connect_timeout": "1s",
      "lb_policy": "CLUSTER_PROVIDED",
   ...

}  

根據 Envoy 的檔案說明,“ORIGINAL_DST” 的解釋為:

In these cases requests routed to an original destination cluster are forwarded to upstream hosts as addressed by the redirection metadata, without any explicit host configuration or upstream host discovery.

即對于“ORIGINAL_DST” 型別的 Cluster,Envoy 在轉發請求時會直接采用 downstream 請求中的原始目的地 IP 地址,而不會采用服務發現機制,Istio 中 Envoy Sidecar 的該處理方式和 K8s 對 Headless Service 的處理是類似的,即由客戶端根據 DNS 直接選擇一個后端的 Pod IP,不會采用負載均衡演算法對客戶端的請求進行重定向分發,但讓人疑惑的是:為什么客戶端通過 DNS 查詢得到的 Pod 地址 172.16.0.198 訪問失敗了呢?這是由于客戶端查詢 DNS 時得到的地址在訪問期間已經不存在了,下圖解釋了導致該問題的原因:

  1. Client 查詢 DNS 得到 eureka-server 的三個IP地址,
  2. Client 選擇 Server-1 的 IP 172.16.0.198 發起連接請求,請求被 iptables rules 攔截并重定向到了客戶端 Pod 中 Envoy 的 VirtualInbound 埠 15001,
  3. 在收到 Client 的連接請求后,根據 Cluster 的配置,Envoy 采用請求中的原始目的地址 172.16.0.198 連接 Server-1,此時該 IP 對應的 Pod 是存在的,因此 Envoy 到 Server-1 的鏈接創建成功,Client 和 Envoy 之間的鏈接也會建立成功,Client 在創建鏈接時采用了 HTTP Keep Alive 選項,因此 Client 會一直保持該鏈接,并通過該鏈接以 30 秒間隔持續發送 HTTP PUT 服務心跳通知,
  4. 由于某些原因,該 Server-1 Pod 被 K8s 重建為 Server-1?,IP 發生了變化,
  5. 當 Server-1 的 IP 變化后,Envoy 并不會立即主動斷開和 Client 端的鏈接,此時從 Client 的角度來看,到 172.16.0.198 的 TCP 鏈接依然是正常的,因此 Client 會繼續使用該鏈接發送 HTTP 請求,同時由于 Cluster 型別為 “ORIGINAL_DST” ,Envoy 會繼續嘗試連接 Client 請求中的原始目的地址 172.16.0.198,如圖中藍色箭頭所示,但是由于該 IP 上的 Pod 已經被銷毀,Envoy 會連接失敗,并在失敗后向 Client 端回傳一個這樣的錯誤資訊:“upstream connect error or disconnect/reset before headers. reset reason: connection failure HTTP/1.1 503” ,如果 Client 在收到該錯誤后不立即斷開并重建鏈接,那么直到該鏈接超時之前,Client 都不會重新查詢 DNS 獲取到 Pod 重建后的正確地址,

為 Headless Service 啟用 EDS

從前面的分析中我們已經知道出錯的原因是由于客戶端 HTTP 長鏈接中的 IP 地址過期導致的,那么一個最直接的想法就是讓 Envoy 采用正確的 IP 地址去連接 Upstream Host,在不修改客戶端代碼,不重建客戶端鏈接的情況下,如何才能實作呢?

如果對比一個其他服務的 Cluster 配置,可以看到正常情況下,Istio 下發的配置中,Cluster 型別為 EDS (Endopoint Discovery Service),如下面的 yaml 片段所示:

 {
  "version_info": "2020-09-23T03:02:01Z/2",
  "cluster": {
   "@type": "type.googleapis.com/envoy.config.cluster.v3.Cluster",
   "name": "outbound|8080||http-server.default.svc.cluster.local",
   "type": "EDS",       # 普通服務采用 EDS 服務發現,根據 LB 演算法從 EDS 下發的 endpoint 中選擇一個進行連接
   "eds_cluster_config": {
    "eds_config": {
     "ads": {},
     "resource_api_version": "V3"
    },
    "service_name": "outbound|8080||http-server.default.svc.cluster.local"
   },
  ...

 }

在采用 EDS 的情況下,Envoy 會通過 EDS 獲取到該 Cluster 中所有可用的 Endpoint,并根據負載均衡演算法(預設為 Round Robin)將 Downstream 發來的請求發送到不同的 Endpoint,因此只要把 Cluster 型別改為 EDS,Envoy 在轉發請求時就不會再采用請求中錯誤的原始 IP 地址,而會采用 EDS 自動發現到的 Endpoint 地址,采用 EDS 的情況下,本例的中的訪問流程如下圖所示:

通過查閱 Istio 原始碼,可以發現 Istio 對于 Headless Service 預設采用了 "ORIGINAL_DST" 型別的 Cluster,但我們也可以通過設定一個 Istiod 的環境變數 PILOT_ENABLE_EDS_FOR_HEADLESS_SERVICES 為 Headless Service 強制啟用 EDS ,

func convertResolution(proxy *model.Proxy, service *model.Service) cluster.Cluster_DiscoveryType {
	switch service.Resolution {
	case model.ClientSideLB:
		return cluster.Cluster_EDS
	case model.DNSLB:
		return cluster.Cluster_STRICT_DNS
	case model.Passthrough: // Headless Service 的取值為 model.Passthrough
		if proxy.Type == model.SidecarProxy {
            // 對于 Sidecar Proxy,如果 PILOT_ENABLE_EDS_FOR_HEADLESS_SERVICES 的值設為 True,則啟用 EDS,否則采用 ORIGINAL_DST
			if service.Attributes.ServiceRegistry == string(serviceregistry.Kubernetes) && features.EnableEDSForHeadless {
				return cluster.Cluster_EDS
			}

			return cluster.Cluster_ORIGINAL_DST
		}
		return cluster.Cluster_EDS
	default:
		return cluster.Cluster_EDS
	}
}

在將 Istiod 環境變數 PILOT_ENABLE_EDS_FOR_HEADLESS_SERVICES 設定為 true 后,再查看 Envoy 的日志,可以看到雖然請求原始 IP 地址還是 172.16.0.198,但 Envoy 已經把請求分發到了實際可用的三個 Server 的 IP 上,

[2020-09-24T13:35:28.790Z] "PUT /eureka/apps/EUREKA-TEST-CLIENT/eureka-client-544b94f967-gcx2f:eureka-test-client?status=UP&lastDirtyTimestamp=1600954114925 HTTP/1.1" 200 - "-" "-" 0 0 4 4 "-" "Java-EurekaClient/v1.9.13" "d98fd3ab-778d-42d4-a361-d27c2491eff0" "eureka-server:8761" "172.16.1.3:8761" outbound|8761||eureka-server.eureka.svc.cluster.local 172.16.0.169:39934 172.16.0.198:8761 172.16.0.169:53890 - default
[2020-09-24T13:35:58.797Z] "PUT /eureka/apps/EUREKA-TEST-CLIENT/eureka-client-544b94f967-gcx2f:eureka-test-client?status=UP&lastDirtyTimestamp=1600954114925 HTTP/1.1" 200 - "-" "-" 0 0 1 1 "-" "Java-EurekaClient/v1.9.13" "7799a9a0-06a6-44bc-99f1-a928d8576b7c" "eureka-server:8761" "172.16.0.59:8761" outbound|8761||eureka-server.eureka.svc.cluster.local 172.16.0.169:45582 172.16.0.198:8761 172.16.0.169:53890 - default
[2020-09-24T13:36:28.801Z] "PUT /eureka/apps/EUREKA-TEST-CLIENT/eureka-client-544b94f967-gcx2f:eureka-test-client?status=UP&lastDirtyTimestamp=1600954114925 HTTP/1.1" 200 - "-" "-" 0 0 2 1 "-" "Java-EurekaClient/v1.9.13" "aefb383f-a86d-4c96-845c-99d6927c722e" "eureka-server:8761" "172.16.0.200:8761" outbound|8761||eureka-server.eureka.svc.cluster.local 172.16.0.169:60794 172.16.0.198:8761 172.16.0.169:53890 - default

神秘消失的服務

在將 Eureka Server Cluster 的型別從 ORIGINAL_DST 改為 EDS 之后,之前心跳失敗的服務正常了,但過了一段時間后,發現原來 Eureka 中注冊的部分服務下線,導致服務之間無法正常訪問,查詢 Eureka Server 的日志,發現日志中有如下的錯誤:

2020-09-24 14:07:35.511  WARN 6 --- [eureka-server-3] c.netflix.eureka.cluster.PeerEurekaNode  : EUREKA-SERVER-2/eureka-server-2.eureka-server.eureka.svc.cluster.local:eureka-server-2:8761:[email protected]: missing entry.
2020-09-24 14:07:35.511  WARN 6 --- [eureka-server-3] c.netflix.eureka.cluster.PeerEurekaNode  : EUREKA-SERVER-2/eureka-server-2.eureka-server.eureka.svc.cluster.local:eureka-server-2:8761:[email protected]: cannot find instance

從日志中我們可以看到多個 Eureka Server 之間的資料同步發生了錯誤,當部署為集群模式時,Eureka 集群中的多個實體之間會進行資料同步,本例中的 Eureka 集群中有三個實體,這些實體之間的資料同步如下圖所示:

當改用 EDS 之后,當集群中的每一個 Eureka Server 向集群中的其他 Eureka Server 發起資料同步時,這些請求被請求方 Pod 中的 Envoy Sidecar 采用 Round Robin 進行了隨機分發,導致同步訊息發生了紊亂,集群中每個服務器中的服務注冊訊息不一致,導致某些服務被誤判下線,該故障現象比較隨機,經過多次測驗,我們發現在 Eureka 中注冊的服務較多時更容易出現改故障,當只有少量服務時不容易復現,

找到原因后,要解決該問題就很簡單了,我們可以通過將 Eureka Server 的 Sidecar Injection 設定為 false 來規避該問題,如下面的 yaml 片段所示:

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: eureka-server
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: eureka-server
  serviceName: "eureka-server"
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: eureka-server
      annotations:
        sidecar.istio.io/inject: "false"  # 不為 eureka-server pod 注入 Envoy Siedecar
    spec:
      containers:
      - name: eureka-server
        image: zhaohuabing/eureka-test-service:latest
        ports:
        - containerPort: 8761
          name: http

反思

對于 Headless Service,Istio 預設采用 “ORIGINAL_DST” 型別的 Cluster,要求 Envoy Sidecar 在轉發時采用請求原始目的 IP 地址的行為其實是合理的,如同我們在本系列的上一篇文章『Istio 運維實戰系列(2):讓人頭大的『無頭服務』-上』所介紹的,Headless Service 一般用于定義有狀態的服務,對于有狀態的服務,需要由客戶端根據應用特定的演算法來自行決定訪問哪一個后端 Pod,因此不應該在這些 Pod 前加一個負載均衡器,

在本例中,由于 Eureka 集群中各個節點之間會對收到的客戶端服務心跳通知進行同步,因此對于客戶端來說,將心跳通知發送到哪一個 Eureka 節點并不重要,我們可以認為 Eureka 集群對于外部客戶端而言是無狀態的,因此設定 PILOT_ENABLE_EDS_FOR_HEADLESS_SERVICES 環境變數,在客戶端的 Envoy Sidecar 中對客戶端發往 Eureka Server 的請求進行負載均衡是沒有問題的,但是由于 Eureka 集群內部的各個節點之間的是有狀態的,修改后影響了集群中各個 Eureka 節點之間的資料同步,導致了后面部分服務錯誤下線的問題,對于引發的該問題,我們通過去掉 Eureka Server 的 Sidecar 注入來進行了規避,

對于該問題,更合理的處理方法是 Envoy Sidecar 在嘗試連接 Upstream Host 失敗一定次數后主動斷開和客戶端側的鏈接,由客戶端重新查詢 DNS,獲取正確的 Pod IP 來創建新的鏈接,經過測驗驗證,Istio 1.6 及之后的版本中,Envoy 在 Upstream 鏈接斷開后會主動斷開和 Downstream 的長鏈接,建議盡快升級到 1.6 版本,以徹底解決本問題,也可以直接采用騰訊云上的云原生 Service Mesh 服務 TCM(Tencent Cloud Mesh),為微服務應用快速引入 Service Mesh 的流量管理和服務治理能力,而無需再關注 Service Mesh 基礎設施自身的安裝、維護、升級等事項,

參考檔案

  • All about ISTIO-PROXY 5xx Issues
  • Service Discovery: Eureka Server
  • Istio 運維實戰系列(2):讓人頭大的『無頭服務』-上
  • Eureka 心跳通知問題測驗原始碼

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    01 開門見山 隔一個月發一篇文章,不過分。 首先回顧一下《微信系結手機號資料庫被脫庫事件》,我也是第一時間得知了這個訊息,然后跟蹤了整件事情的經過。下面是這起事件的相關截圖以及近日流出的一萬條資料樣本: 個人認為這件事也沒什么,還不如關注一下之前45億快遞資料查詢渠道疑似在近日復活的訊息。 訊息是 ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:48:24 more
  • web3 產品介紹:metamask 錢包 使用最多的瀏覽器插件錢包

    Metamask錢包是一種基于區塊鏈技術的數字貨幣錢包,它允許用戶在安全、便捷的環境下管理自己的加密資產。Metamask錢包是以太坊生態系統中最流行的錢包之一,它具有易于使用、安全性高和功能強大等優點。 本文將詳細介紹Metamask錢包的功能和使用方法。 一、 Metamask錢包的功能 數字資 ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:47:46 more
  • vulnhub_Earth

    前言 靶機地址->>>vulnhub_Earth 攻擊機ip:192.168.20.121 靶機ip:192.168.20.122 參考文章 https://www.cnblogs.com/Jing-X/archive/2022/04/03/16097695.html https://www.cnb ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:46:20 more
  • 從4k到42k,軟體測驗工程師的漲薪史,給我看哭了

    清明節一過,盲猜大家已經無心上班,在數著日子準備過五一,但一想到銀行卡里的余額……瞬間心情就不美麗了。最近,2023年高校畢業生就業調查顯示,本科畢業月平均起薪為5825元。調查一出,便有很多同學表示自己又被平均了。看著這一資料,不免讓人想到前不久中國青年報的一項調查:近六成大學生認為畢業10年內會 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:44:00 more
  • 最新版本 Stable Diffusion 開源 AI 繪畫工具之中文自動提詞篇

    🎈 標簽生成器 由于輸入正向提示詞 prompt 和反向提示詞 negative prompt 都是使用英文,所以對學習母語的我們非常不友好 使用網址:https://tinygeeker.github.io/p/ai-prompt-generator 這個網址是為了讓大家在使用 AI 繪畫的時候 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:43:36 more
  • 漫談前端自動化測驗演進之路及測驗工具分析

    隨著前端技術的不斷發展和應用程式的日益復雜,前端自動化測驗也在不斷演進。隨著 Web 應用程式變得越來越復雜,自動化測驗的需求也越來越高。如今,自動化測驗已經成為 Web 應用程式開發程序中不可或缺的一部分,它們可以幫助開發人員更快地發現和修復錯誤,提高應用程式的性能和可靠性。 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:43:16 more
  • CANN開發實踐:4個DVPP記憶體問題的典型案例解讀

    摘要:由于DVPP媒體資料處理功能對存放輸入、輸出資料的記憶體有更高的要求(例如,記憶體首地址128位元組對齊),因此需呼叫專用的記憶體申請介面,那么本期就分享幾個關于DVPP記憶體問題的典型案例,并給出原因分析及解決方法。 本文分享自華為云社區《FAQ_DVPP記憶體問題案例》,作者:昇騰CANN。 DVPP ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:43:03 more
  • msf學習

    msf學習 以kali自帶的msf為例 一、msf核心模塊與功能 msf模塊都放在/usr/share/metasploit-framework/modules目錄下 1、auxiliary 輔助模塊,輔助滲透(埠掃描、登錄密碼爆破、漏洞驗證等) 2、encoders 編碼器模塊,主要包含各種編碼 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:42:59 more
  • Halcon軟體安裝與界面簡介

    1. 下載Halcon17版本到到本地 2. 雙擊安裝包后 3. 步驟如下 1.2 Halcon軟體安裝 界面分為四大塊 1. Halcon的五個助手 1) 影像采集助手:與相機連接,設定相機引數,采集影像 2) 標定助手:九點標定或是其它的標定,生成標定檔案及內參外參,可以將像素單位轉換為長度單位 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:42:17 more
  • 在MacOS下使用Unity3D開發游戲

    第一次發博客,先發一下我的游戲開發環境吧。 去年2月份買了一臺MacBookPro2021 M1pro(以下簡稱mbp),這一年來一直在用mbp開發游戲。我大致分享一下我的開發工具以及使用體驗。 1、Unity 官網鏈接: https://unity.cn/releases 我一般使用的Apple ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:40:19 more