《打造立體化監(jiān)控體系與APM最佳實踐系列 –Zipkin部署與使用》要點：
本文介紹了打造立體化監(jiān)控體系與APM最佳實踐系列 –Zipkin部署與使用，希望對您有用。如果有疑問，可以聯(lián)系我們。

一、背景

年來在云計算、大數(shù)據(jù)等快速發(fā)展的時代下,產(chǎn)生了很多新的業(yè)務場景,同時很多企業(yè)傳統(tǒng)業(yè)務開始向互聯(lián)網(wǎng)的轉(zhuǎn)移.隨著企業(yè)業(yè)務的發(fā)展,規(guī)模擴大,業(yè)務越來越多,所采用的組件也越來越多開始走向分布式化,如微服務、消息收發(fā)、分布式數(shù)據(jù)庫、分布式對象存儲、分布式緩存、跨域調(diào)用等,這些組件共同構(gòu)成了繁雜的分布式網(wǎng)絡,一個業(yè)務請求可能會涉及到幾個、幾十個服務的協(xié)同處理,如何動態(tài)展示服務的鏈路?如何分析服務鏈路的瓶頸并對其進行調(diào)優(yōu)?如何快速進行服務鏈路的故障發(fā)現(xiàn)?如何保障產(chǎn)品服務的用戶體驗?企業(yè)需要一個從代碼端的視角來監(jiān)控自己的應用進而確保自身的IT支撐系統(tǒng)得到高效的運行,同時需要一個強大的IT運維管理體系時刻監(jiān)督IT環(huán)境各組件的性能質(zhì)量,通過多維度實時分析異常并進行診斷以解決產(chǎn)品的問題.因此,應用性能管理(APM)將逐漸成為推廣中國IT技術(shù)進步與用戶體驗提升的標配.

當前大的互聯(lián)網(wǎng)公司都有自己的分布式跟蹤系統(tǒng),比如Google的Dapper,Twitter的zipkin,Naver的pinpoint,淘寶的鷹眼,新浪的Watchman,京東的Hydra等,本文主要介紹zipkin的設計、安裝部署,并以一個簡單的案例演示zipkin的使用方法.

二、概述

zipkin是一款開源的分布式實時數(shù)據(jù)追蹤系統(tǒng)(Distributed Tracking System),基于?Google Dapper的論文設計而來,由 Twitter 公司開發(fā)貢獻.其主要功能是聚集來自各個異構(gòu)系統(tǒng)的實時監(jiān)控數(shù)據(jù).

三、使用場景

3.1 故障快速定位

通過分析調(diào)用鏈,可以將一次請求的邏輯軌跡完整清晰的展示出來,通過在開發(fā)中在業(yè)務日志中添加調(diào)用鏈ID,可以通過調(diào)用鏈結(jié)合業(yè)務日志快速定位錯誤信息.

3.2 性能分析

在調(diào)用鏈的各個環(huán)節(jié)分別添加調(diào)用時延,可以分析系統(tǒng)的性能瓶頸,進行有針對性的優(yōu)化.

3.3?服務可用性

通過分析各個環(huán)節(jié)的平均時延,QPS等信息,可以找到系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié),對一些模塊做調(diào)整,例如數(shù)據(jù)冗余、鏈路可用等.

四、zipkin架構(gòu)

4.1 架構(gòu)

如上圖所示,zipkin主要包括四個模塊

??Collector接收各service傳輸?shù)臄?shù)據(jù)

??Storage存儲收集過來的數(shù)據(jù),當前支持Cassandra,Redis,HBase,MySQL,PostgreSQL,?SQLite等,默認存儲在內(nèi)存中.

??API(Query)負責查詢Storage中存儲的數(shù)據(jù),提供簡單的JSON API獲取數(shù)據(jù),主要提供給web UI使用

??Web?提供簡單的web界面

各個異構(gòu)的服務向zipkin報告數(shù)據(jù)的架構(gòu)如下圖：

上圖中的S表示發(fā)送跟蹤數(shù)據(jù)的客戶端SDK或者Scribe客戶端(twitter內(nèi)部采用scirbe來采集跟蹤數(shù)據(jù)).

4.2 Span

Zipkin 以 Trace 結(jié)構(gòu)表示對一次請求的追蹤,又把每個 Trace 拆分為若干個有依賴關(guān)系的 Span.在微服務架構(gòu)中,一次用戶請求可能會由后臺若干個服務負責處理,那么每個處理請求的服務就可以理解為一個 Span(可以包括 API 服務,緩存服務,數(shù)據(jù)庫服務以及報表服務等).當然這個服務也可能繼續(xù)請求其他的服務,因此 Span 是一個樹形結(jié)構(gòu),以體現(xiàn)服務之間的調(diào)用關(guān)系.

Zipkin的Span模型幾乎完全仿造了Dapper中Span模型的設計,我們知道,Span用來描述一次RPC調(diào)用,所以一個RPC調(diào)用只應該關(guān)聯(lián)一個spanId,Zipkin中的Span主要包含三個數(shù)據(jù)部分：

??基礎(chǔ)數(shù)據(jù),包括traceId、spanId、parentId、name、timestamp和duration,主要用于跟蹤樹中節(jié)點的關(guān)聯(lián)和界面展示.

u?traceId：全局跟蹤ID,用它來標記一次完整服務調(diào)用,所以和一次服務調(diào)用相關(guān)的span中的traceId都是相同的,Zipkin將具有相同traceId的span組裝成跟蹤樹來直觀的將調(diào)用鏈路圖展現(xiàn)在我們面前.

u?spanid：span的id,理論上來說,span的id只要做到一個traceId下唯一就可以.

u?parentId：父span的id,調(diào)用有層級關(guān)系,所以span作為調(diào)用節(jié)點的存儲結(jié)構(gòu),也有層級關(guān)系,跟蹤鏈是采用跟蹤樹的形式來展現(xiàn)的,樹的根節(jié)點就是調(diào)用的頂點,其中parentId為null的Span將成為跟蹤樹的根節(jié)點來展示,當然它也是調(diào)用鏈的起點.

u?name：span的名稱,主要用于在界面上展示,一般是接口方法名,name的作用是讓人知道它是哪里采集的span.

u?timestamp：span創(chuàng)建時的時間戳,用來記錄采集的時刻.

u?duration：持續(xù)時間,即span的創(chuàng)建到span完成最終的采集所經(jīng)歷的時間,除去span自己邏輯處理的時間,該時間段可以理解成對于該跟蹤埋點來說服務調(diào)用的總耗時,timestamp+duration將表示成調(diào)用的結(jié)束時間.

??Annotation,注解,用來記錄請求特定事件相關(guān)信息(例如時間),通常包含四個注解信息

cs – Client Start,表示客戶端發(fā)起請求

sr – Server Receive,表示服務端收到請求

ss – Server Send,表示服務端完成處理,并將結(jié)果發(fā)送給客戶端

cr – Client Received,表示客戶端獲取到服務端返回信息

??BinaryAnnotation,提供一些額外信息,一般以key-value對出現(xiàn).

如下圖是一個調(diào)用鏈路示例：

在本文后續(xù)章節(jié)中將會對該實例進行詳細介紹.

4.3?客戶端SDK

在上一節(jié)中我們知道對于一個APM來說,提供多種類型的客戶端SDK(instrument)是很重要的,支持的客戶端SDK越多,推廣起來也越方便,使用人群也會越多.

跟蹤信息是使用instrument庫進行收集并發(fā)送給zipkin,截止目前,zipkin官方支持的客戶端SDK如下：

除了官方庫之后,社區(qū)也提供了instrument支持,社區(qū)支持庫如下：

五、zipkin部署

zipkin支持兩種方式部署,docker容器以及jar包運行,

docker容器方式運行命令如下：

jar包直接運行命令如下(要求java8及以上版本)：

5.2 服務開發(fā)

本文中以java語言開發(fā)一個簡單demo來演示zipkin的使用,Brave 是用來裝備 Java 程序的類庫,提供了面向 Standard Servlet、Spring MVC、Http Client、JAX RS、Jersey、Resteasy 和 MySQL 等接口的裝備能力,可以通過編寫簡單的配置和代碼,讓基于這些框架構(gòu)建的應用可以向 Zipkin 報告數(shù)據(jù).同時 Brave 也提供了非常簡單且標準化的接口,在以上封裝無法滿足要求的時候可以方便擴展與定制.

服務調(diào)用關(guān)系如下：

新建名為service1、service2、service3、service4四個spring boot類型的項目,下面以service1項目來描述項目詳細配置,其他項目的配置類似,在此不一一詳述.

pom.xml新增如下依賴：

 

application.properties中增加如下配置：

配置文件中指定了本服務的服務名以及服務端口,zipkin服務的地址.

服務定義：

當請求該服務(請求/start時),服務會請求下級的localhost:9090/foo服務-對應service2服務.

UI 啟動后主界面如下：

啟動服務service1、service2、service3、service4,并通過瀏覽器請求服務service1.

zipkin頁面查看服務

服務調(diào)用鏈如下：

查看服務依賴關(guān)系：

完整的服務跟蹤鏈信息如下：

[

{

“traceId”: “122ecddc1769c0da”,

“id”: “122ecddc1769c0da”,

“name”: “get”,

“timestamp”: 1494383123630139,

“duration”: 2832405,

“annotations”: [

{

“timestamp”: 1494383123630139,

“value”: “sr”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service1”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

},

{

“timestamp”: 1494383126462544,

“value”: “ss”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service1”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

}

],

“binaryAnnotations”: [

{

“key”: “http.status_code”,

“value”: “200”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service1”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

},

{

“key”: “http.url”,

“value”: “/start”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service1”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

}

]

},

{

“traceId”: “122ecddc1769c0da”,

“id”: “d92eb6cbae9b4787”,

“name”: “get”,

“parentId”: “122ecddc1769c0da”,

“timestamp”: 1494383123974246,

“duration”: 2475470,

“annotations”: [

{

“timestamp”: 1494383123974246,

“value”: “cs”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service1”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

},

{

“timestamp”: 1494383124351184,

“value”: “sr”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service2”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

},

{

“timestamp”: 1494383126443649,

“value”: “ss”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service2”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

},

{

“timestamp”: 1494383126449716,

“value”: “cr”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service1”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

}

],

“binaryAnnotations”: [

{

“key”: “http.status_code”,

“value”: “200”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service2”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

},

{

“key”: “http.url”,

“value”: “/foo”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service2”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

},

{

“key”: “http.url”,

“value”: “http://localhost:9090/foo”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service1”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

}

]

},

{

“traceId”: “122ecddc1769c0da”,

“id”: “eba2687430a3f56c”,

“name”: “get”,

“parentId”: “d92eb6cbae9b4787”,

“timestamp”: 1494383124477917,

“duration”: 558367,

“annotations”: [

{

“timestamp”: 1494383124477917,

“value”: “cs”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service2”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

},

{

“timestamp”: 1494383124881960,

“value”: “sr”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service3”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

},

{

“timestamp”: 1494383125033410,

“value”: “ss”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service3”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

},

{

“timestamp”: 1494383125036284,

“value”: “cr”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service2”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

}

],

“binaryAnnotations”: [

{

“key”: “http.status_code”,

“value”: “200”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service3”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

},

{

“key”: “http.url”,

“value”: “http://localhost:9091/bar”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service2”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

},

{

“key”: “http.url”,

“value”: “/bar”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service3”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

}

]

},

{

“traceId”: “122ecddc1769c0da”,

“id”: “3b0df0a2f1ea18b2”,

“name”: “get”,

“parentId”: “d92eb6cbae9b4787”,

“timestamp”: 1494383125298903,

“duration”: 1117321,

“annotations”: [

{

“timestamp”: 1494383125298903,

“value”: “cs”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service2”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

},

{

“timestamp”: 1494383125529695,

“value”: “sr”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service4”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

},

{

“timestamp”: 1494383126416224,

“value”: “cr”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service2”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

},

{

“timestamp”: 1494383126424903,

“value”: “ss”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service4”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

}

],

“binaryAnnotations”: [

{

“key”: “http.status_code”,

“value”: “200”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service4”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

},

{

“key”: “http.url”,

“value”: “http://localhost:9092/tar”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service2”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

},

{

“key”: “http.url”,

“value”: “/tar”,

“endpoint”: {

“serviceName”: “service4”,

“ipv4”: “192.168.1.10”

}

}

]

}

]

六、結(jié)束語

目前市面上已知APM包括zipkin、pinpoint、appdash、cat、hydra、EagleEye等,其中cat、hydra、EagleEye分別為美團、京東以及阿里內(nèi)部使用的系統(tǒng),有些未開源或者開源后不再更新,pinpoint由韓國的naver開源,zipkin由Twitter開源,當前zipkin以及pinpoint社區(qū)均非常活躍,版本發(fā)布也比較頻繁,用戶較多,生態(tài)系統(tǒng)也較為完善.

相對pinpoint的部署來說,zipkin部署比較簡單-運行jar包即可,pinpoint主要通過Plugin來支持眾多的模塊,包括tomcat、okhttpclient等中間件,基本不用修改源碼和配置文件,對于運維人員來講最為方便,zipkin通過instrument libraries來支持眾多的中間件,并且有Twitter等大公司的支持,但是開發(fā)時需要對Spring、web.xml之類的配置文件做修改.

文章來自微信公眾號：云技術(shù)實踐

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