前言
傳統(tǒng)的單體服務(wù)通過日志和性能監(jiān)控為我們的系統(tǒng)提供了良好的觀測(cè)手段，隨著服務(wù)之間的交互越來越多，越來越復(fù)雜，這種“各自為政”的策略將使我們看不到整體的關(guān)聯(lián)性。為了提高系統(tǒng)的可見性觀察，分布式鏈路追蹤被提了出來，并迅速發(fā)展。
背景
分布式體系的構(gòu)建是以“拆”為核心，其目標(biāo)是職責(zé)分明、高度自治。不同的模塊甚至?xí)刹煌膱F(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)，用不同的語言編寫。當(dāng)我們想要組合這些服務(wù)，對(duì)外提供統(tǒng)一功能時(shí)，我們還需要考慮它的一個(gè)可觀察性。比如，請(qǐng)求里的服務(wù)依賴有哪些，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的耗時(shí)是怎么樣的，瓶頸在哪里等。
像這種涉及上下文請(qǐng)求、端到端的流向監(jiān)控便是分布式鏈路追蹤了。當(dāng)我們的系統(tǒng)出現(xiàn)瓶頸或者故障時(shí)，就能根據(jù)收集到的信息快速定位問題、解決問題。這也是它的價(jià)值所在。
不過，在面對(duì)一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí)，分布式鏈路追蹤考慮的點(diǎn)就有很多了，主要有以下幾點(diǎn)：
- 透明性：各個(gè)模塊可能是由不同語言編寫，我們需要考慮接入成本，最好是無需改動(dòng)什么，便可以完成接入。
- 可靠性：上下文的數(shù)據(jù)收集是 24 小時(shí)持續(xù)進(jìn)行的，分布式鏈路追蹤需要考慮穩(wěn)定性及規(guī)模拓展。
- 獨(dú)立性：監(jiān)控是輔助行為，即使鏈路追蹤繁忙或失敗，也不當(dāng)影響業(yè)務(wù)的運(yùn)行。
當(dāng)然，最核心的設(shè)計(jì)還是在于如何將各個(gè)節(jié)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)信息串聯(lián)起來，并進(jìn)行分析展示。
解決方案
從大的層面來講，分布式追蹤其實(shí)跟日志收集優(yōu)點(diǎn)類似。比如需要在每個(gè)節(jié)點(diǎn)記錄性能數(shù)據(jù)，然后由專門的收集組件將數(shù)據(jù)發(fā)送到核心組件。核心組件將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并進(jìn)行一個(gè)關(guān)聯(lián)關(guān)系的添加，畢竟一條完整的鏈路數(shù)據(jù)是來源于各個(gè)服務(wù)的。當(dāng)數(shù)據(jù)分析完后，我們就可以在 Dashboard 里搜索結(jié)果了。
像現(xiàn)在主流的分布式鏈路追蹤產(chǎn)品：Jaeger 就是這么設(shè)計(jì)的。不過，Jaeger 也是受 Google 的 Dapper 啟發(fā)設(shè)計(jì)的。Dapper 是最早的跟分布式鏈路有關(guān)的實(shí)施產(chǎn)品，并有一篇論文： Dapper, a Large-Scale Distributed Systems Tracing Infrastructure ，算是分布式鏈路追蹤系統(tǒng)的鼻祖了，有興趣的小伙伴們可以自行搜索查看。
當(dāng)分布式鏈路的產(chǎn)品越來越多時(shí)，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)便成了很多人的心聲，畢竟兼容處理也是很麻煩的。后面 CNCF（云原生計(jì)算基金會(huì)）推出了 OpenTracing 項(xiàng)目。OpenTracing 是與平臺(tái)廠商無關(guān)的鏈路解決方案。它并不提供具體的實(shí)現(xiàn)代碼，僅僅只是制定規(guī)范，讓接入它的人能有個(gè)一致的協(xié)議。
當(dāng)前根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品比較多，像剛剛提及的 Jaeger，還有 Apache 的 Skywalking 等。今天我們來詳細(xì)看下 OpenTracing 的總體設(shè)計(jì)，以及它的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品：Jaeger?；蛟S以后我們也可以根據(jù) OpenTracing 標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)一款屬于自己的分布式鏈路追蹤產(chǎn)品。
概念
Trace & Span
在廣義上來講，我們將某一次請(qǐng)求的完整鏈路抽象成了 Trace 概念。一個(gè) Trace 就代表了一次流程的執(zhí)行過程。它實(shí)際上就是一個(gè)有向無環(huán)圖：
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為了能清晰的描述鏈路里的上下文請(qǐng)求，我們將這些關(guān)鍵路徑抽象為了一個(gè)個(gè)的 Span，每個(gè) Span 是一個(gè)基本單元，具有操作名稱、操作的開始、持續(xù)時(shí)間。通過各個(gè) Span 的嵌套和排序，我們就可以建立起因果關(guān)系模型了。
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這種模型能讓我們更好的理解服務(wù)的層次關(guān)系、執(zhí)行的上下文時(shí)間等，有助于我們快速的發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)用情況。
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其中，Span 除了上面的基本屬性，還擁有其他關(guān)聯(lián)的特性字段：
- Span Tag，Span 標(biāo)簽集合。
- Span Log，屬于一組 Span 的日志集合
- SpanContext：Span 上下文對(duì)象，用來描述與其他 Span 的關(guān)系，有 ChildOf（父子） 和 FollowsFrom（跟隨）。SpanContext 的信息添加和獲取分別是通過 Injected 和 Extracted 某個(gè) Carrier （載體）來實(shí)現(xiàn)的。
功能模塊
當(dāng)數(shù)據(jù)模型出來后，我們就可以定義接口了。當(dāng)然，由于 OpenTracing 并不負(fù)責(zé)具體的實(shí)現(xiàn)，所以這里的接口更多是一種功能模塊的描述，然后通過類似偽代碼的形式來公開。此處并不具體描述這些接口的傳參、返回格式，主要來看看有哪些功能模塊。
首先是跨進(jìn)程的邊界信息傳遞。在這里，我們會(huì)涉及到 Span 的創(chuàng)建，SpanContext 的 carrier（載體）注入（Inject），以及從 carrier（載體）的提取（Extract）。關(guān)于邊界的信息傳遞，我們可以通過埋點(diǎn)來統(tǒng)一處理，比如 Request 和 Response 的攔截器機(jī)制。
接著是 Span 生命周期的管理，上面創(chuàng)建出 Span 后，我們就需要有一個(gè)明確的完成時(shí)間來結(jié)束 Span。當(dāng)然，如果 Span 需要有什么特性標(biāo)注，那么我們也可以在這個(gè)功能模塊里實(shí)現(xiàn)，比如 Span 的 Tag 設(shè)置。
最后是 SpanContext，由于 SpanContext 關(guān)聯(lián)了上下文，所以它比較關(guān)鍵，在 OpenTracing 里它更多的是一個(gè)概念，具體需要哪些功能可以由開發(fā)者自己實(shí)現(xiàn)一套。只要包含了上面的 Inject（注入）和 Extract（提?。┘纯伞?/p>
Jaeger
上面的標(biāo)準(zhǔn)為我們定義了功能模塊及模型接口。那么我們圍繞這些結(jié)構(gòu)和 API 也就能實(shí)現(xiàn)具體的產(chǎn)品了。Uber 出品的 Jaeger 就是其中的一個(gè)。它主要實(shí)現(xiàn)了 OpenTracing 并提供以下功能：
- 分布式上下文傳播
- 分布式事務(wù)監(jiān)控
- 結(jié)構(gòu)化的根本原因分析
- 服務(wù)依賴關(guān)系分析
- 性能分析、延遲分析
在進(jìn)行具體實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，Jaeger 為了能提供更好的拓展性，進(jìn)行了組件的拆分，每個(gè)組件都支持單獨(dú)部署，這也符合了微服務(wù)的設(shè)計(jì)理念。主要的組件如下：
- jaeger-client：Jaeger 客戶端，根據(jù) OpenTracing 的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)的 API。例如當(dāng)發(fā)生 RPC 等跨服務(wù)調(diào)用時(shí)，此時(shí)會(huì)觸發(fā) client 的 span 創(chuàng)建，并確定好 SpanContext 關(guān)系。
- jaeger-agent：本地存儲(chǔ) client 的 Span 信息，隨后會(huì)將數(shù)據(jù)批量的上傳到 Jaeger Collector。
- jaeger-collector：存儲(chǔ) agent 傳來的數(shù)據(jù)，會(huì)為其建立索引并轉(zhuǎn)換。
- jaeger-query：jaeger 的 dashboard 數(shù)據(jù)展示。
它的總體架構(gòu)圖如下：
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最終，我們將看到如下的查詢 UI：
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可以看到，服務(wù)依賴、耗時(shí)分析等 Jaeger 都幫我們通過 web UI 呈現(xiàn)出來了！
總結(jié)
本文主要介紹了分布式鏈路追蹤的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：OpenTracing 以及它的實(shí)現(xiàn)：Jaeger。事實(shí)證明，在越復(fù)雜的系統(tǒng)里，我們?cè)揭M可能的利用這些出色的組件，對(duì)其監(jiān)控起來。只有提高系統(tǒng)的可見性，我們才不至于在問題出現(xiàn)的時(shí)候手忙腳亂。
參考
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