简述分布式链路追踪工具——Jaeger

àì夳堔傛蜴生んèń 2024-03-23 18:54 92阅读 0赞

### 1、简介 ###

#### 1.1 Jaeger是什么 ####

[Jaeger][] 是受到 Dapper 和 OpenZipkin 启发的由 Uber Technologies 作为开源发布的分布式跟踪系统，兼容 OpenTracing 以及 Zipkin 追踪格式，目前已成为 CNCF 基金会的开源项目。其前端采用React语言实现，后端采用GO语言实现，适用于进行链路追踪，分布式跟踪消息传递，分布式事务监控、问题分析、服务依赖性分析、性能优化等场景。

Jaeger 主要包括以下三部分：

*  **tracer**：在广义上，一个trace代表了一个事务或者流程在（分布式）系统中的执行过程。trace 是多个 span组成的一个有向无环图（DAG），每一个span代表trace中被命名并计时的连续性的执行片段。每一个 Trace 会有一个独有的 Trace ID，假设服务调用关系为 a->b->c->d，请求从 a 开始发起。 那么 a 负责生成 traceId，并在调用 b 的时候把 traceId 传递给 b，以此类推，traceId 会从 a 层层传递到 d。
 *  **span:** 是链路追踪工具的逻辑工作单元，可以是一个微服务中的 service，也可以是一次方法调用，甚至一个简单的代码块调用。具有请求名称、请求开始时间、请求持续时间。每一个 Span 会有一个独有的 Span ID。Span 会被嵌套并排序以展示服务间的关系。
 *  **Span Context：**含额外 Trace 信息的数据结构，span context 可以包含 Trace ID、Span ID，以及其他任何需要向下游服务传递的 Trace 信息。

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**　　总而言之，Trace表示对一次请求完整调用链的跟踪，而将两个服务例如上面的服务A和服务B的请求/响应过程叫做一次Span**，trace是通过span来体现的， 通过一句话总结，我们可以将一次trace，看成是span的有向图，而这个有向图的边即为span。而分布式跟踪系统要做的，就是记录每次发送和接受动作的标识符和时间戳，将一次请求涉及到的所有服务串联起来，只有这样才能搞清楚一次请求的完整调用链。

#### 1.2 分布式链路追踪相关术语 ####

##### （1）APM #####

随着微服务架构的流行，一次请求往往需要涉及到多个服务，因此服务性能监控和排查就变得更复杂：

*  不同的服务可能由不同的团队开发、甚至可能使用不同的编程语言来实现；
 *  服务有可能布在了几千台服务器，横跨多个不同的数据中心。

因此，就需要一些可以帮助理解系统行为、用于分析性能问题的工具，以便发生故障的时候，能够快速定位和解决问题，这就是APM系统，全称是（Application Performance Management tools，应用程序性能管理工具）。AMP最早是谷歌公开的论文提到的 Google Dapper。Dapper是Google生产环境下的分布式跟踪系统，自从Dapper发展成为一流的监控系统之后，给google的开发者和运维团队帮了大忙，所以谷歌公开论文分享了Dapper。

##### （2）链路追踪 #####

在传统的单体程序中，遇到问题时，我们可以通过函数间的调用栈来查看函数间的调用关系。但是在分布式的架构中，一个请求可能会导致多个不同网络的服务调用，这给我们调试问题带来了困难。Jaeger可以简单理解为微服务的函数调用栈，其记录了一个请求的各种调用关系，以便于我们分析问题。

##### （3）OpenTracing #####

为了解决不同的分布式追踪系统 API 不兼容的问题，诞生了 OpenTracing 规范。OpenTracing 是一个轻量级的标准化层，它位于应用程序/类库和追踪或日志分析程序之间。

一句话总结，OpenTracing是一套标准，它通过提供平台无关、厂商无关的API，使得开发人员能够方便的添加（或更换）追踪系统的实现。OpenTracing提供了用于运营支撑系统的和针对特定平台的辅助程序库。程序库的具体信息请参考详细的规范。OpenTracing 已进入 CNCF，正在为全球的分布式追踪，提供统一的概念和数据标准。

> 注意 1：OpenTracing现在已经成为过去式了，现在的APM世界，由一种叫做OpenTelemetry的规范所统治，具体详情参见《[OpenTelemetry概述][OpenTelemetry]》。

#### 1.3 Jaeger和其他常用分布式链路追踪工具对比 ####

市面上关于分布式链路追踪工具的产品很多，除了 Uber 的 Jaeger 和 Twitter 的 Zipkin，目前 SkyWalking 使用者也比较多，下面从多个维度对比下常用分布式链路追踪工具的能力。

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### 2、Jaeger架构设计 ###

#### 2.1 Jaeger架构 ####

Jaeger 主要由以下几个组件构成：

*  **Tracing SDK:**  用于实现分布式链路追踪的软件开发工具包。这些 SDK 通常是针对特定编程语言或框架的，旨在帮助开发人员在应用程序中集成分布式追踪功能。这些 SDK 提供了一组 API 和工具，使开发人员能够在应用程序代码中插入相关的追踪代码，从而捕获应用程序的请求路径、性能指标和其他有关信息。通过在代码中插入追踪代码，应用程序的不同组件和服务之间的交互将被追踪，从而形成完整的请求链路。
 *  **JaegerCollector:** 接收traces，通过处理管道运行它们进行validation和清理/丰富，并将其存储在存储后端。Jaeger内置了对多个存储后端的支持，以及用于实现自定义存储插件的可扩展插件框架。
 *  **DB:** 后端存储组件，支持内存、Cassandra、Elasticsearch、Kafka 的存储方式。
 *  **Jaeger Query:** 用于接收查询请求，从数据库检索数据并通过 UI 展示。
 *  **Jaeger UI:** 使用 React 编写，用于 UI 界面展示。

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在Jaeger架构设计中，Jaeger Collector组件从被跟踪的应用程序接收数据，并将其直接写入存储。 存储必须能够同时处理平均流量和峰值流量。Jaeger Collector使用内存队列来平滑短期流量峰值，但如果存储无法跟上，持续的流量峰值可能会导致数据丢失。

> 注意 1：这是Jaeger最新稳定版本1.47的架构图，我们在比较老的jaeger版本的架构图中经常会看到jaeger-agent组件，其在应用程序和后端收集器之间起到中间代理的作用，但是由于Jaeger 客户端库 [已被弃用][Link 1]，并且 OpenTelemetry SDK 正在逐步取消对 Jaeger Thrift 格式的支持，因此现在版本不再需要或推荐使用jaeger-agent 。

#### 2.2 Jaeger采样率 ####

分布式追踪系统本身也会造成一定的性能低损耗，如果完整记录每次请求，对于生产环境可能会有极大的性能损耗，一般需要进行采样设置。

**　　当前支持四种采样率设置：**

*  固定采样（sampler.type=const）sampler.param=1 全采样， sampler.param=0 不采样；
 *  按百分比采样（sampler.type=probabilistic）sampler.param=0.1 则随机采十分之一的样本；
 *  采样速度限制（sampler.type=ratelimiting）sampler.param=2.0 每秒采样两个traces；
 *  动态获取采样率 (sampler.type=remote) ，允许根据特定条件动态地决定是否采集某个请求的追踪数据，以减少性能开销并确保系统的稳定性。

### 3、Jaeger部署方式 ###

Jaeger 的部署方式主要有以下几种：

*  **all-in-one 部署：**适用于快速体验 Jaeger ，所有追踪数据存储在内存中，不适用于生产环境。
 *  **Kubernetes 部署：**通过在集群独立部署 Jaeger 各组件 manifest 完成，定制化程度高，可使用已有的 Elasticsearch、Kafka 服务，适用于生产环境。
 *  **OpenTelemetry 部署：**适用于使用 OpenTelemetry API 的部署方式。

#### 3.1 在 Kubernetes 集群中，作为 Istio 组件部署 Jaeger ####

部署 Istio 组件时，默认是没有部署 Jaeger，需要手动额外部署。

##### （1）修改Istio配置确认 trace 采样率。 #####

采样配置有几种策略可以配置，可以设置Tracing全部/部分/随机。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> <p>3</p> </td> 
   <td> <p><code>kubectl -n istio-system get cm jaeger-sampling-configuration -o yaml</code></p> <p><code>&nbsp;&nbsp;</code><code>...</code></p> <p><code>&nbsp;&nbsp;</code><code>sampling: '{"default_strategy":{"param":1,"type":"probabilistic"}}'&nbsp; # 表示随机采样，但是比例是100%</code></p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

##### （2）部署Jaeger #####

执行 kubectl apply -f samples/addons/jaeger.yaml 来安装 Jaeger，此时会在 istio-system 的命名空间中部署 Jaeger。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> <p>3</p> <p>4</p> </td> 
   <td> <p><code>[root@106 ~]# kubectl get pods -n=istio-system |grep jaeger</code></p> <p><code>jaeger-collector-85b686d849-cmv9h&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 1/1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Running&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 0&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 99d</code></p> <p><code>jaeger-operator-868d5f975d-5prhx&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 1/1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Running&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 0&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 27d</code></p> <p><code>jaeger-query-7cff7c84f4-k7bs8&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 2/2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Running&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 0&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 167m</code></p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

> 注意 1：推荐使用 jaeger-operator 部署 Jaeger 组件。

##### (3) 访问 Jaeger Dashboard。 #####

其中 <ip> 是该宿主机的 IP 地址，方便外部直接根据该 IP 访问，浏览器输入：http://<IP>:30693，可直接访问 Jaeger Dashboard。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> </td> 
   <td> <p><code>[root@106 ~]# kubectl get svc -n=istio-system |grep query</code></p> <p><code>jaeger-query&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; NodePort&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 10.233.41.95&nbsp;&nbsp;&nbsp; &lt;</code><code>none</code><code>&gt;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 16686:30693/TCP,16685:30363/TCP&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 500d</code></p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

![793241454ca2b6ec263a62d13b20a135.png][]

[Jaeger]: https://www.jaegertracing.io/
[82fc55d40e3e1f46985305567b79b3f0.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/14/26528bd66e6d4aadbc89bc2078299a9c.png
[OpenTelemetry]: https://www.cnblogs.com/zhangmingcheng/p/16720995.html
[f55041e6e7950ce6d1ef3d0a8bb84ddf.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/14/2986db7429354ccf9e1e22ec3ccadf2b.png
[04e82f6443759d1025ce556eca362728.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/14/a73174f00f9c42bfb866acc8519757f2.png
[Link 1]: https://www.jaegertracing.io/docs/1.47/client-libraries
[793241454ca2b6ec263a62d13b20a135.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/14/f7ca9d44d6b34544a92c63aa025590e5.png