深入了解分布式鏈路追蹤利器--Jaeger：原理與應(yīng)用

1、簡介

1.1 Jaeger是什么

　　Jaeger  是受到  Dapper 和  OpenZipkin 啟發(fā)的由  Uber Technologies 作為開源發(fā)布的分布式跟蹤系統(tǒng)，兼容 OpenTracing 以及 Zipkin 追蹤格式，目前已成為 CNCF 基金會的開源項目。其前端采用React語言實現(xiàn)，后端采用GO語言實現(xiàn)，適用于進行鏈路追蹤，分布式跟蹤消息傳遞，分布式事務(wù)監(jiān)控、問題分析、服務(wù)依賴性分析、性能優(yōu)化等場景。

　　Jaeger 主要包括以下三部分：

• tracer：在廣義上，一個trace代表了一個事務(wù)或者流程在（分布式）系統(tǒng)中的執(zhí)行過程。trace 是多個 span組成的一個有向無環(huán)圖（DAG），每一個span代表trace中被命名并計時的連續(xù)性的執(zhí)行片段。每一個 Trace 會有一個獨有的 Trace ID，假設(shè)服務(wù)調(diào)用關(guān)系為 a->b->c->d，請求從 a 開始發(fā)起。那么 a 負責(zé)生成 traceId，并在調(diào)用 b 的時候把 traceId 傳遞給 b，以此類推，traceId 會從 a 層層傳遞到 d。

• span: 是鏈路追蹤工具的邏輯工作單元，可以是一個微服務(wù)中的 service，也可以是一次方法調(diào)用，甚至一個簡單的代碼塊調(diào)用。具有請求名稱、請求開始時間、請求持續(xù)時間。每一個 Span 會有一個獨有的 Span ID。Span 會被嵌套并排序以展示服務(wù)間的關(guān)系。

• Span Context：含額外 Trace 信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，span context 可以包含 Trace ID、Span ID，以及其他任何需要向下游服務(wù)傳遞的 Trace 信息。

　　總而言之，Trace表示對一次請求完整調(diào)用鏈的跟蹤，而將兩個服務(wù)例如上面的服務(wù)A和服務(wù)B的請求/響應(yīng)過程叫做一次Span，trace是通過span來體現(xiàn)的， 通過一句話總結(jié)，我們可以將一次trace，看成是span的有向圖，而這個有向圖的邊即為span。而分布式跟蹤系統(tǒng)要做的，就是記錄每次發(fā)送和接受動作的標(biāo)識符和時間戳，將一次請求涉及到的所有服務(wù)串聯(lián)起來，只有這樣才能搞清楚一次請求的完整調(diào)用鏈。

1.2 分布式鏈路追蹤相關(guān)術(shù)語

（1）APM

　　隨著微服務(wù)架構(gòu)的流行，一次請求往往需要涉及到多個服務(wù)，因此服務(wù)性能監(jiān)控和排查就變得更復(fù)雜：

• 不同的服務(wù)可能由不同的團隊開發(fā)、甚至可能使用不同的編程語言來實現(xiàn)；

• 服務(wù)有可能布在了幾千臺服務(wù)器，橫跨多個不同的數(shù)據(jù)中心。

　　因此，就需要一些可以幫助理解系統(tǒng)行為、用于分析性能問題的工具，以便發(fā)生故障的時候，能夠快速定位和解決問題，這就是APM系統(tǒng)，全稱是（Application Performance Management tools，應(yīng)用程序性能管理工具）。AMP最早是谷歌公開的論文提到的 Google Dapper。Dapper是Google生產(chǎn)環(huán)境下的分布式跟蹤系統(tǒng)，自從Dapper發(fā)展成為一流的監(jiān)控系統(tǒng)之后，給google的開發(fā)者和運維團隊幫了大忙，所以谷歌公開論文分享了Dapper。

（2）鏈路追蹤

　　在傳統(tǒng)的單體程序中，遇到問題時，我們可以通過函數(shù)間的調(diào)用棧來查看函數(shù)間的調(diào)用關(guān)系。但是在分布式的架構(gòu)中，一個請求可能會導(dǎo)致多個不同網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)調(diào)用，這給我們調(diào)試問題帶來了困難。Jaeger可以簡單理解為微服務(wù)的函數(shù)調(diào)用棧，其記錄了一個請求的各種調(diào)用關(guān)系，以便于我們分析問題。

（3）OpenTracing

　　為了解決不同的分布式追蹤系統(tǒng) API 不兼容的問題，誕生了 OpenTracing 規(guī)范。OpenTracing 是一個輕量級的標(biāo)準(zhǔn)化層，它位于應(yīng)用程序/類庫和追蹤或日志分析程序之間。

　　一句話總結(jié)，OpenTracing是一套標(biāo)準(zhǔn)，它通過提供平臺無關(guān)、廠商無關(guān)的API，使得開發(fā)人員能夠方便的添加（或更換）追蹤系統(tǒng)的實現(xiàn)。OpenTracing提供了用于運營支撐系統(tǒng)的和針對特定平臺的輔助程序庫。程序庫的具體信息請參考詳細的規(guī)范。OpenTracing 已進入 CNCF，正在為全球的分布式追蹤，提供統(tǒng)一的概念和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

注意 1：OpenTracing現(xiàn)在已經(jīng)成為過去式了，現(xiàn)在的APM世界，由一種叫做OpenTelemetry的規(guī)范所統(tǒng)治，具體詳情參見《OpenTelemetry概述》。

1.3 Jaeger和其他常用分布式鏈路追蹤工具對比

　　市面上關(guān)于分布式鏈路追蹤工具的產(chǎn)品很多，除了 Uber 的 Jaeger 和 Twitter 的 Zipkin，目前 SkyWalking 使用者也比較多，下面從多個維度對比下常用分布式鏈路追蹤工具的能力。

2、Jaeger架構(gòu)設(shè)計

2.1 Jaeger架構(gòu)

　　Jaeger 主要由以下幾個組件構(gòu)成：

• Tracing SDK:  用于實現(xiàn)分布式鏈路追蹤的軟件開發(fā)工具包。這些 SDK 通常是針對特定編程語言或框架的，旨在幫助開發(fā)人員在應(yīng)用程序中集成分布式追蹤功能。這些 SDK 提供了一組 API 和工具，使開發(fā)人員能夠在應(yīng)用程序代碼中插入相關(guān)的追蹤代碼，從而捕獲應(yīng)用程序的請求路徑、性能指標(biāo)和其他有關(guān)信息。通過在代碼中插入追蹤代碼，應(yīng)用程序的不同組件和服務(wù)之間的交互將被追蹤，從而形成完整的請求鏈路。

• JaegerCollector: 接收traces，通過處理管道運行它們進行validation和清理/豐富，并將其存儲在存儲后端。Jaeger內(nèi)置了對多個存儲后端的支持，以及用于實現(xiàn)自定義存儲插件的可擴展插件框架。

• DB:  后端存儲組件，支持內(nèi)存、Cassandra、Elasticsearch、Kafka 的存儲方式。

• Jaeger Query:  用于接收查詢請求，從數(shù)據(jù)庫檢索數(shù)據(jù)并通過 UI 展示。

• Jaeger UI: 使用 React 編寫，用于 UI 界面展示。

　　在Jaeger架構(gòu)設(shè)計中，Jaeger Collector組件從被跟蹤的應(yīng)用程序接收數(shù)據(jù)，并將其直接寫入存儲。存儲必須能夠同時處理平均流量和峰值流量。Jaeger Collector使用內(nèi)存隊列來平滑短期流量峰值，但如果存儲無法跟上，持續(xù)的流量峰值可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。 

注意 1：這是Jaeger最新穩(wěn)定版本1.47的架構(gòu)圖，我們在比較老的jaeger版本的架構(gòu)圖中經(jīng)常會看到j(luò)aeger-agent組件，其在應(yīng)用程序和后端收集器之間起到中間代理的作用，但是由于Jaeger 客戶端庫已被棄用，并且 OpenTelemetry SDK 正在逐步取消對 Jaeger Thrift 格式的支持，因此現(xiàn)在版本不再需要或推薦使用jaeger-agent 。

2.2 Jaeger采樣率

　　分布式追蹤系統(tǒng)本身也會造成一定的性能低損耗，如果完整記錄每次請求，對于生產(chǎn)環(huán)境可能會有極大的性能損耗，一般需要進行采樣設(shè)置。

　　當(dāng)前支持四種采樣率設(shè)置：

• 固定采樣（sampler.type=const）sampler.param=1 全采樣， sampler.param=0 不采樣；

• 按百分比采樣（sampler.type=probabilistic）sampler.param=0.1 則隨機采十分之一的樣本；

• 采樣速度限制（sampler.type=ratelimiting）sampler.param=2.0 每秒采樣兩個traces；

• 動態(tài)獲取采樣率 (sampler.type=remote) ，允許根據(jù)特定條件動態(tài)地決定是否采集某個請求的追蹤數(shù)據(jù)，以減少性能開銷并確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3、Jaeger部署方式 

　　Jaeger 的部署方式主要有以下幾種：

• all-in-one 部署：適用于快速體驗 Jaeger ，所有追蹤數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存中，不適用于生產(chǎn)環(huán)境。

• Kubernetes 部署：通過在集群獨立部署 Jaeger 各組件 manifest 完成，定制化程度高，可使用已有的 Elasticsearch、Kafka 服務(wù)，適用于生產(chǎn)環(huán)境。

• OpenTelemetry 部署：適用于使用 OpenTelemetry API 的部署方式。

3.1 在 Kubernetes 集群中，作為 Istio 組件部署 Jaeger

部署 Istio 組件時，默認是沒有部署 Jaeger，需要手動額外部署。

（1）修改Istio配置確認 trace 采樣率。

采樣配置有幾種策略可以配置，可以設(shè)置Tracing全部/部分/隨機。

kubectl -n istio-system get cm jaeger-sampling-configuration -o yaml  ...  sampling: '{"default_strategy":{"param":1,"type":"probabilistic"}}'  # 表示隨機采樣，但是比例是100%

（2）部署Jaeger

執(zhí)行 kubectl apply -f samples/addons/jaeger.yaml 來安裝 Jaeger，此時會在 istio-system 的命名空間中部署 Jaeger。

[root@106 ~]# kubectl get pods -n=istio-system |grep jaegerjaeger-collector-85b686d849-cmv9h        1/1     Running     0          99djaeger-operator-868d5f975d-5prhx         1/1     Running     0          27djaeger-query-7cff7c84f4-k7bs8            2/2     Running     0          167m

注意 1：推薦使用 jaeger-operator 部署 Jaeger 組件。 

(3) 訪問 Jaeger Dashboard。

其中 <ip> 是該宿主機的 IP 地址，方便外部直接根據(jù)該 IP 訪問，瀏覽器輸入：http://<IP>:30693，可直接訪問 Jaeger Dashboard。

[root@106 ~]# kubectl get svc -n=istio-system |grep queryjaeger-query                NodePort       10.233.41.95    <none>        16686:30693/TCP,16685:30363/TCP              500d

鏈接：https://www.cnblogs.com/zhangmingcheng/p/17602568.html

（版權(quán)歸原作者所有，侵刪）