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Skywalking分散式追蹤與監控：起始篇

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Skywalking分散式追蹤與監控：起始篇

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Skywalking是由國內開源愛好者吳晟（原OneAPM工程師，目前在華為）開源並提交到Apache孵化器的產品，它同時吸收了Zipkin/Pinpoint/CAT的設計思路，支持非侵入式埋點。是一款基於分散式跟蹤的應用程序性能監控系統。另外社區還發展出了一個叫OpenTracing的組織，旨在推進調用鏈監控的一些規範和標準工作。

OpenTracing

近年各種調用鏈監控產品層出不窮，呈現百花齊放的態勢，為了避免碎片化，促進互操作性，社區誕生了一個叫做OpenTracing的標準化組織。

如上圖所示：OpenTracing旨在標準化Trace數據結構和格式，其目的是：

  • 不同語言開發的Trace客戶端的互操作性，Java/.Net/PHP/Python/NodeJs等語言開發的客戶端，只要遵循OpenTracing標準，就都可以對接OpenTracing兼容的監控後端。
  • Tracing監控後端的互操作性，只要遵循OpenTracing標準，企業可以根據需要替換具體的Tracing監控後端產品，比如從Zipkin替換成Jaeger/CAT/Skywalking等後端。

OpenTracing初衷和方向是好的，但是目前還不明朗，不少調用鏈監控產品並未明確支持OpenTracning標準。對其後續走勢我們可以持續關注。

在構建監控系統時，大家往往在Metrics,Tracing和Logging幾個名詞和方式之間糾結。 總體說來，我們是在一些通用的名詞間糾結。可以通過圖表來定義監控的作用域，使各名詞的作用範圍更明確。比如通過維恩圖（Venn diagram）來描述Metrics, tracing, logging三個概念的定義：

引用自：

Metric的特點是，它是可累加的：他們具有原子性，每個都是一個邏輯計量單元，或者一個時間段內的柱狀圖。 例如：隊列的當前深度可以被定義為一個計量單元，在寫入或讀取時被更新統計； 輸入HTTP請求的數量可以被定義為一個計數器，用於簡單累加； 請求的執行時間可以被定義為一個柱狀圖，在指定時間片上更新和統計匯總。

Logging的特點是，它描述一些離散的（不連續的）事件。 例如：應用通過一個滾動的文件輸出debug或error信息，並通過日誌收集系統，存儲到Elasticsearch中； 審批明細信息通過Kafka，存儲到資料庫（BigTable）中； 又或者，特定請求的元數據信息，從服務請求中剝離出來，發送給一個異常收集服務，如NewRelic。

Tracing的最大特點就是，它在單次請求的範圍內，處理信息。 任何的數據、元數據信息都被綁定到系統中的單個事務上。 例如：一次調用遠程服務的RPC執行過程；一次實際的SQL查詢語句；一次HTTP請求的業務性ID。

在OpenTracing中，有幾個基本概念我們需要提前了解清楚：

1、Trace(追蹤):

在廣義上，一個trace代表了一個事務或者流程在（分散式）系統中的執行過程。在OpenTracing標準中，trace是多個span組成的一個有向無環圖（DAG），每一個span代表trace中被命名並計時的連續性的執行片段。

2、Span(跨度)：一個span代表系統中具有開始時間和執行時長的邏輯運行單元。span之間通過嵌套或者順序排列建立邏輯因果關係。

3、Logs：每個span可以進行多次Logs操作，每一次Logs操作，都需要一個帶時間戳的時間名稱，以及可選的任意大小的存儲結構。

4、Tags：每個span可以有多個鍵值對（key:value）形式的Tags，Tags是沒有時間戳的，支持簡單的對span進行註解和補充。

其中單個Trace和各個Span之間的關係：

一個span可以和一個或者多個span間存在因果關係。OpenTracing定義了兩種關係：ChildOf 和 FollowsFrom。這兩種引用類型代表了子節點和父節點間的直接因果關係。

Skywalking可以理解為實現了OpenTracing規範，同時提供了更加現代化、酷炫的UI，供人們可以對應用更加的直觀的監控。

接下來，我們將結合Skywalking的界面來了解如何查看單個Trace：

首先，在Skywalking中，官方針對Java應用封裝了一個Segment概念，實質上就是Span數組的封裝，為的是更好的表示Java中跨線程間的調用（後續文章將會詳細講到），因此，在Skywalking裡面，一次完整的追蹤所包含的數據結構應該是:

- Trace = Segment1 + Segment2 + ...... + SegmentN

- 其中每個Segment所包含的數據：Segment = Span1 + Span2 + ...... + SpanN

通過一張官方的截圖來講解：

圖中藍色部分是一個進程調用，代表的是Kafka/test-trace-topic/Consumer這個服務為調用入口，緊隨著下面的白色長塊則代表跨進程或跨線程的調用塊，點擊進去並通過瀏覽器查看返回的數據：

我們可以看到右側有一組spans數組，數組中每一組數據中都帶有traceId,segmentId,parentSegmentId,refs數組,spanId,parentSpanId,type等數據。Skywalking界面上那些層級關聯關係就是根據這些數據來進行展示的，比如：

在同一個Segment中，spanId最頂層數值為-1，默認從0開始自增，依次代表層級。即Span與Span時間通過parentSpanId表示關係。Segment與Segment之間通過refs數組中的parentSegmentId表示關係

好了，其實最後一段才是我想表達的東西，順帶將整個東西理清楚記錄一下，使用過程中碰到的問題會陸續記錄到這裡。??

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參考：

  • OpenTracing
  • 芋道源碼
  • Metrics, tracing 和 logging 的關係

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