14.0 链路追踪组件Skywalking
链路追踪组件Skywalking
skywalking版本: v9.1.0
前言
对于一个大型的几十个、几百个微服务构成的微服务架构系统,通常会遇到下面一些问题,比如:
- 如何串联整个调用链路,快速定位问题?
- 如何理清各个微服务之间的依赖关系?
- 如何进行各个微服务接口的性能分折?
- 如何追踪整个业务流程的调用处理顺序?
全链路追踪:对请求源头到底层服务的调用链路中间的所有环节进行监控。
OpenTracing语义规范: https://github.com/opentracing/specification/blob/master/specification.md
链路追踪组件选型
- Zipkin是Twitter开源的调用链分析工具,目前基于springcloud sleuth得到了广泛的使用,特点是轻量,使用部署简单。
- Pinpoint是韩国人开源的基于字节码注入的调用链分析,以及应用监控分析工具。特点是支持多种插件,UI功能强大,接入端无代码侵入。
- SkyWalking是本土开源的基于字节码注入的调用链分析,以及应用监控分析工具。特点是支持多种插件,UI功能较强,接入端无代码侵入。目前已加入Apache孵化器。
- CAT是大众点评开源的基于编码和配置的调用链分析,应用监控分析,日志采集,监控报警等一系列的监控平台工具。
探针性能对比
模拟了三种并发用户:500,750,1000。使用jmeter测试,每个线程发送30个请求,设置思考时间为10ms。使用的采样率为1,即100%,这边与生产可能有差别。pinpoint默认的采样率为20,即50%,通过设置agent的配置文件改为100%。zipkin默认也是1。组合起来,一共有12种。下面看下汇总表:
从上表可以看出,在三种链路监控组件中,skywalking的探针对吞吐量的影响最小,zipkin的吞吐量居中。pinpoint的探针对吞吐量的影响较为明显,在500并发用户时,测试服务的吞吐量从1385降低到774,影响很大。然后再看下CPU和memory的影响,在内部服务器进行的压测,对CPU和memory的影响都差不多在10%之内。
一、skywalking是什么
skywalking是一个国产开源框架,2015年由吴晟开源 , 2017年加入Apache孵化器。skywalking是分布式系统的应用程序性能监视工具,专为微服务、云原生架构和基于容器(Docker、K8s、Mesos)架构而设计。SkyWalking 是观察性分析平台和应用性能管理系统,提供分布式追踪、服务网格遥测分析、度量聚合和可视化一体化解决方案。
官网:http://skywalking.apache.org/
下载:http://skywalking.apache.org/downloads/
Github:https://github.com/apache/skywalking
文档:https://skywalking.apache.org/docs/main/v9.1.0/readme/
中文文档: https://skyapm.github.io/document-cn-translation-of-skywalking/
采集数据——》传输数据——》存储数据——》分析数据——》监控报警
1.1 Skywalking主要功能特性
1、多种监控手段,可以通过语言探针和service mesh获得监控的数据;
2、支持多种语言自动探针,包括 Java,.NET Core 和 Node.JS;
3、轻量高效,无需大数据平台和大量的服务器资源;
4、模块化,UI、存储、集群管理都有多种机制可选;
5、支持告警;
6、优秀的可视化解决方案;
1.2 Skywalking整体架构
整个架构分成四部分:
- 上部分Agent :负责从应用中,收集链路信息,发送给 SkyWalking OAP 服务器;
- 下部分 SkyWalking OAP :负责接收Agent发送的Tracing数据信息,然后进行分析(Analysis Core),存储到外部存储器(Storage),最终提供查询(Query)功能;
- 右部分Storage:Tracing数据存储,目前支持ES、MySQL、Sharding Sphere、TiDB、H2多种存储器,目前采用较多的是ES,主要考虑是SkyWalking开发团队自己的生产环境采用ES为主;
- 左部分SkyWalking UI:负责提供控制台,查看链路等等;
SkyWalking支持三种探针:
● Agent – 基于ByteBuddy字节码增强技术实现,通过jvm的agent参数加载,并在程序启动时拦截指定的方法来收集数据。
● SDK – 程序中显式调用SkyWalking提供的SDK来收集数据,对应用有侵入。
● Service Mesh – 通过Service mesh的网络代理来收集数据。
后端(Backend)
接受探针发送过来的数据,进行度量分析,调用链分析和存储。后端主要分为两部分:
● OAP(Observability Analysis Platform)- 进行度量分析和调用链分析的后端平台,并支持将数据存储到各种数据库中,如:ElasticSearch,MySQL,InfluxDB等。
● OAL(Observability Analysis Language)- 用来进行度量分析的DSL,类似于SQL,用于查询度量分析结果和警报。
界面(UI)
● RocketBot UI – SkyWalking 7.0.0 的默认web UI
● CLI – 命令行界面
这三个模块的交互流程:
1.3 SkyWalking 环境搭建
- skywalking agent和业务系统绑定在一起,负责收集各种监控数据
- Skywalking oapservice是负责处理监控数据的,比如接受skywalking agent的监控数据,并存储在数据库中;接受skywalking webapp的前端请求,从数据库查询数据,并返回数据给前端。Skywalking oapservice通常以集群的形式存在。
- skywalking webapp,前端界面,用于展示数据。
- 用于存储监控数据的数据库,比如mysql、elasticsearch等。
下载 SkyWalking
下载:http://skywalking.apache.org/downloads/
- SkyWalking APM: v9.1.0
wget https://archive.apache.org/dist/skywalking/9.1.0/apache-skywalking-apm-9.1.0.tar.gz
- Java Agent: v8.11.0
wget https://archive.apache.org/dist/skywalking/java-agent/8.11.0/apache-skywalking-java-agent-8.11.0.tgz
目录结构
搭建SkyWalking OAP 服务
1)先使用默认的H2数据库存储,不用修改配置
config/application.yml
2)启动脚本bin/startup.sh
日志信息存储在logs目录
启动成功后会启动两个服务,一个是skywalking-oap-server,一个是skywalking-web-ui
skywalking-oap-server服务启动后会暴露11800 和 12800 两个端口,分别为收集监控数据的端口11800和接受前端请求的端口12800,修改端口可以修改config/applicaiton.yml
skywalking-web-ui服务会占用 8080 端口, 修改端口可以修改webapp/webapp.yml
- server.port:SkyWalking UI服务端口,默认是8080;
- spring.cloud.discovery.client.simple.instances.oap-service:SkyWalking OAP服务地址数组,SkyWalking UI界面的数据是通过请求SkyWalking OAP服务来获得;
SkyWalking中三个概念
- 服务(Service) :表示对请求提供相同行为的一系列或一组工作负载,在使用Agent时,可以定义服务的名字;
- 服务实例(Service Instance) :上述的一组工作负载中的每一个工作负载称为一个实例, 一个服务实例实际就是操作系统上的一个真实进程;
- 端点(Endpoint) :对于特定服务所接收的请求路径, 如HTTP的URI路径和gRPC服务的类名 + 方法签名;
二、SkyWalking快速开始
2.1 SkyWalking Agent追踪微服务
2.1.1 通过jar包方式接入
准备一个springboot程序,打成可执行jar包,写一个shell脚本,在启动项目的Shell脚本上,通过 -javaagent 参数进行配置SkyWalking Agent来追踪微服务;
startup.sh脚本:
#!/bin/sh # SkyWalking Agent配置 export SW_AGENT_NAME=springboot-skywalking-demo #Agent名字,一般使用`spring.application.name` export SW_AGENT_COLLECTOR_BACKEND_SERVICES=127.0.0.1:11800 #配置 Collector 地址。 export SW_AGENT_SPAN_LIMIT=2000 #配置链路的最大Span数量,默认为 300。 export JAVA_AGENT=-javaagent:/root/skywalking-agent/skywalking-agent.jar java $JAVA_AGENT -jar springboot-skywalking-demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar #jar启动
等同于
java -javaagent:/root/skywalking-agent/skywalking-agent.jar -DSW_AGENT_COLLECTOR_BACKEND_SERVICES=127.0.0.1:11800 -DSW_AGENT_NAME=springboot-skywalking-demo -jar springboot-skywalking-demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar
参数名对应agent/config/agent.config配置文件中的属性。
属性对应的源码:org.apache.skywalking.apm.agent.core.conf.Config.java
# The service name in UI agent.service_name=${SW_AGENT_NAME:Your_ApplicationName} # Backend service addresses. collector.backend_service=${SW_AGENT_COLLECTOR_BACKEND_SERVICES:127.0.0.1:11800}
我们也可以使用skywalking.+配置文件中的配置名作为系统配置项来进行覆盖。 javaagent参数配置方式优先级更高
-javaagent:/root/skywalking-agent/skywalking-agent.jar -Dskywalking.agent.service_name=springboot-skywalking-demo -Dskywalking.collector.backend_service=127.0.0.1:11800
测试: http://192.168.65.206:8000/user/list
2.1.2 在IDEA中使用Skywalking
在运行的程序配置jvm参数
-javaagent:D:\apache\apache-skywalking-java-agent-8.11.0\skywalking-agent\skywalking-agent.jar -DSW_AGENT_NAME=springboot-skywalking-demo -DSW_AGENT_COLLECTOR_BACKEND_SERVICES=192.168.65.206:11800
测试:http://localhost:8000/user/list
2.1.3 Skywalking跨多个微服务追踪
Skywalking跨多个微服务追踪,只需要每个微服务启动时添加javaagent参数即可。
启动微服务mall-gateway,mall-order,mall-user ,配置skywalking的jvm参数
测试:http://localhost:8888/user/findOrderByUserId/1
注意:此处存在bug,追踪链路不显示gateway
解决方案:拷贝agent/optional-plugins目录下的gateway插件和webflux插件到agent/plugins目录
查看调用链路
2.2 Skywalking集成日志框架
引入依赖
<!-- apm-toolkit-logback-1.x --> <dependency> <groupId>org.apache.skywalking</groupId> <artifactId>apm-toolkit-logback-1.x</artifactId> <version>8.11.0</version> </dependency>
微服务添加logback-spring.xml文件,并配置 %tid 占位符
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <configuration> <appender name="console" class="ch.qos.logback.core.ConsoleAppender"> <!-- 日志的格式化 --> <encoder class="ch.qos.logback.core.encoder.LayoutWrappingEncoder"> <layout class="org.apache.skywalking.apm.toolkit.log.logback.v1.x.TraceIdPatternLogbackLayout"> <Pattern>%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS} [%tid] [%thread] %-5level %logger{36} -%msg%n</Pattern> </layout> </encoder> </appender> <!-- 设置 Appender --> <root level="INFO"> <appender-ref ref="console"/> </root> </configuration>
测试http://localhost:8888/user/findOrderByUserId/1,查看调用日志
Skywalking通过grpc上报日志 (需要v8.4.0以上)
gRPC报告程序可以将收集到的日志转发到SkyWalking OAP服务器上
logback-spring.xml中添加
<!-- https://skywalking.apache.org/docs/skywalking-java/latest/en/setup/service-agent/java-agent/application-toolkit-logback-1.x/ --> <!-- 通过grpc上报日志到skywalking oap--> <appender name="grpc-log" class="org.apache.skywalking.apm.toolkit.log.logback.v1.x.log.GRPCLogClientAppender"> <encoder class="ch.qos.logback.core.encoder.LayoutWrappingEncoder"> <layout class="org.apache.skywalking.apm.toolkit.log.logback.v1.x.TraceIdPatternLogbackLayout"> <Pattern>%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS} [%tid] [%thread] %-5level %logger{36} -%msg%n</Pattern> </layout> </encoder> </appender>
Skywalking UI效果
2.3 Skywalking告警通知
skywalking告警的核心由一组规则驱动,这些规则定义在config/alarm-settings.yml文件中,告警规则的定义分为三部分:
- 告警规则:它们定义了应该如何触发度量警报,应该考虑什么条件;
- 网络钩子(Webhook}:当警告触发时,哪些服务终端需要被通知;
- gRPC钩子:远程gRPC方法的主机和端口,告警触发后调用;
为了方便,skywalking发行版中提供了默认的alarm-setting.yml文件,包括一些规则,每个规则有英文注释,可以根据注释得知每个规则的作用:
- 在最近10分钟的3分钟内服务平均响应时间超过1000ms
- 最近10分钟内,服务成功率在2分钟内低于80%
- 服务实例的响应时间在过去10分钟的2分钟内超过1000ms
- 数据库访问{name}的响应时间在过去10分钟的2分钟内超过1000ms
只要我们的服务请求符合alarm-setting.yml文件中的某一条规则就会触发告警。
比如service_resp_time_rule规则:
该规则表示服务{name}的响应时间在最近10分钟的3分钟内超过1000ms
-
metrics-name:度量名称,也是OAL脚本中的度量名。默认配置中可以用于告警的度量有:服务,实例,端点,服务关系,实例关系,端点关系。它只支持long,double和int类型。
-
op:操作符。
-
threshold:阈值。
-
period:多久告警规则需要被检查一下。这是一个时间窗口,与后端部署环境时间相匹配。
-
count:在一个周期窗口中,如果按op计算超过阈值的次数达到count,则发送告警
-
silence-period:在时间N中触发报警后,在N -> N + silence-period这段时间内不告警。
-
message:该规则触发时,发送的通知消息。
测试:编写接口,模拟慢查询
@RequestMapping("/info/{id}") public User info(@PathVariable("id") Integer id){ try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return userService.getById(id); }
访问接口,过段时间会在skywalking控制界面出现了告警信息
实现回调接口
@RequestMapping("/notify") public String notify(@RequestBody Object obj){ //TODO 告警信息,给技术负责人发短信,钉钉消息,邮件,微信通知等 System.err.println(obj.toString()); return "notify successfully"; }
在config/alarm-settings.yml中配置回调接口,并重启skywalking服务
测试访问:http://localhost:8000/user/info/1,满足告警规则后,控制台输出告警信息
参考: https://github.com/apache/skywalking/blob/master/docs/en/setup/backend/backend-alarm.md
对接钉钉:
Webhook回调通知
SkyWalking告警Webhook回调要求接收方是一个Web容器(比如tomcat服务),告警的消息会通过HTTP请求进行发送, 请求方法为POST, Content-Type为application/json, JSON格式基于ListAlarmMessage>的集合对象数据, 集合中的每个AlarmMessage包含以下信息:
- scopeId. 所有可用的Scope,参考:org.apache.skywalking.oap.server.core.source.DefaultScopeDefine;
- name. 目标 Scope 的实体名称;
- id0. Scope 实体的 ID;
- id1. 未使用;
- ruleName. 在 alarm-settings.yml 中配置的规则名;
- alarmMessage. 报警消息内容;
- startTime. 告警时间, 位于当前时间与 UTC 1970/1/1 之间;
[{ scopeId = 2, scope = SERVICE_INSTANCE, name = 98e1839 a6fdf48b0aedb0ecabb8ea5f7 @192 .168 .233 .1 of springboot - skywalking - demo, id0 = c3ByaW5nYm9vdC1za3l3YWxraW5nLWRlbW8 = .1 _OThlMTgzOWE2ZmRmNDhiMGFlZGIwZWNhYmI4ZWE1ZjdAMTkyLjE2OC4yMzMuMQ == , id1 = , ruleName = service_instance_resp_time_rule, alarmMessage = Response time of service instance 98e1839 a6fdf48b0aedb0ecabb8ea5f7 @192 .168 .233 .1 of springboot - skywalking - demo is more than 1000 ms in 2 minutes of last 10 minutes, startTime = 1613913565462 }, { scopeId = 6, scope = ENDPOINT_RELATION, name = User in User to / user / info / { id } in springboot - skywalking - demo, id0 = VXNlcg == .0 _VXNlcg == , id1 = c3ByaW5nYm9vdC1za3l3YWxraW5nLWRlbW8 = .1 _L3VzZXIvaW5mby97aWR9, ruleName = endpoint_relation_resp_time_rule, alarmMessage = Response time of endpoint relation User in User to / user / info / { id } in springboot - skywalking - demo is more than 1000 ms in 2 minutes of last 10 minutes, startTime = 1613913565462 }]
2.4 Skywalking持久化追踪数据
2.4.1 基于mysql持久化
- 修改config目录下的application.yml,使用mysql作为持久化存储的仓库
- 修改mysql连接配置
storage: #选择使用mysql 默认使用h2,不会持久化,重启skyWalking之前的数据会丢失 selector: ${SW_STORAGE:mysql} #使用mysql作为持久化存储的仓库 mysql: properties: #数据库连接地址 创建swtest数据库 jdbcUrl: ${SW_JDBC_URL:"jdbc:mysql://1ocalhost:3306/swtest"} #用户名 dataSource.user: ${SW_DATA_SOURCE_USER:root} #密码 dataSource.password: ${SW_DATA_SOURCE_PASSWORD:root}
注意:需要添加mysql数据驱动包,因为在lib目录下是没有mysql数据驱动包的,所以修改完配置启动是会报错,启动失败的。
- 添加mysql数据驱动包到oap-libs目录下
- 启动Skywalking
查看swtest数据库,可以看到生成了很多表。
说明启动成功了,打开配置对应的地址http://192.168.65.206:8080/,可以看到skywalking的web界面。
测试:重启skywalking,验证追踪数据会不会丢失
2.4.2 基于elasticsearch持久化
- 准备好elasticsearch环境(参考ES专题)
# 启动elasticsearch服务 bin/elasticsearch -d
- 修改config/application.yml配置文件,指定存储使用ES,修改elasticsearch的连接配置
- 启动Skywalking服务
启动时会向elasticsearch中创建大量的index索引用于持久化数据
启动应用程序,查看追踪数据是否已经持久化到elasticsearch的索引中,然后重启skywalking,验证追踪数据会不会丢失
2.5 自定义SkyWalking链路追踪
如果我们希望对项目中的业务方法,实现链路追踪,方便我们排查问题,可以使用如下的代码
引入依赖
<!-- SkyWalking 工具类 --> <dependency> <groupId>org.apache.skywalking</groupId> <artifactId>apm-toolkit-trace</artifactId> <version>8.11.0</version> </dependency>
在业务方法中可以TraceContext获取到traceId
@RequestMapping("/list") public List<User> list(){ //TraceContext可以绑定key-value TraceContext.putCorrelation("name", "fox"); Optional<String> op = TraceContext.getCorrelation("name"); log.info("name = {} ", op.get()); //获取追踪的traceId String traceId = TraceContext.traceId(); log.info("traceId = {} ", traceId); return userService.list(); }
测试 http://localhost:8000/user/list
在Skywalking UI中查询tranceId
2.5.1 @Trace将方法加入追踪链路
如果一个业务方法想在ui界面的追踪链路上显示出来,只需要在业务方法上加上@Trace注解即可
测试:
2.5.2 加入@Tags或@Tag
我们还可以为追踪链路增加其他额外的信息,比如记录参数和返回信息。实现方式:在方法上增加@Tag或者@Tags。
@Trace @Tag(key = "list", value = "returnedObj") public List<User> list(){ return userMapper.list(); } @Trace @Tags({@Tag(key = "param", value = "arg[0]"), @Tag(key = "user", value = "returnedObj")}) public User getById(Integer id){ return userMapper.getById(id); }
2.6 Skywalking集群部署(oap服务高可用)
Skywalking集群是将skywalking oap作为一个服务注册到nacos上,只要skywalking oap服务没有全部宕机,保证有一个skywalking oap在运行,就能进行追踪。
搭建一个skywalking oap集群需要:
(1)至少一个Nacos(也可以是nacos集群)
(2)至少一个ElasticSearch(也可以是es集群)
(3)至少2个skywalking oap服务;
(4)至少1个UI(UI也可以集群多个,用Nginx代理统一入口)
1.修改config/application.yml文件
使用nacos作为注册中心
修改nacos配置
可以选择性修改监听端口
修改存储策略,使用elasticsearch作为storage
2. 配置ui服务webapp.yml文件的oap-service,写多个oap服务地址
3.启动微服务测试
指定微服务的jvm参数
-Dskywalking.collector.backend_service=ip1:11800,ip2:11800
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