分布式服务链路追踪技术分析及对比

1、概述

在分布式服务时代，服务之间的请求域调用不再是简单的直连方式，注册中心的出现，让服务治理更加便利，也对服务之间的链路追踪提出了更高的要求。

分布式链路追踪就是将一次分布式请求还原成调用链路，将一次分布式请求的调用情况集中展示，比如各个服务节点上的耗时、请求具体到达哪台机器上、每个服务节点的请求状态等等

理论支撑。目前比较主流的链路追踪产品都是启发于google发表的Dapper，Dapper阐述了分布式系统，特别是微服务架构中链路追踪的概念、数据表示、埋点、传递、收集、存储与展示等技术细节。

标准化。OpenTracing(http://opentracing.io/)是一个分布式跟踪框架。OpenTracing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。目前OpenTracing正在为全球的分布式追踪，提供统一的概念和数据标准。

2、追踪理论 - Dapper

为了实现链路追踪，dapper提出了trace，span，annotation的概念。

Trace的含义比较直观，就是链路，指一个请求经过后端所有服务的路径，每一条链路都用一个全局唯一的traceid来标识。

span之间存在着父子关系，上游的span是下游的父span，每个span由spanid和parentid来标识，spanid在一条链路中唯一。

一个span一般由client和server两个部分的信息组成。按照时间顺序来解释，client节点（或者是调用方）首先发出请求，产生”client send”(cs)事件，紧接着server节点（或者是提供方）收到请求，产生”server receive”(sr)事件，server处理完成之后回复给client，产生”server send”事件，最后client收到回复，产生”client receive”事件。Client与server两个节点的span信息合并成一次完整的调用，即一个完整的span。

Dapper中还定义了annotation的概念，用于用户自定义事件。

3、通用架构分析

主流的链路追踪产品架构包含以下四大模块：采样、收集、存储与展示。

通用架构图

3.1 采样

采样包含采集埋点、链路信息的传递以及链路信息上报，目前主流的埋点方式有三种，分别是应用拦截埋点，探针（java agent）埋点，服务器拦截埋点。其中应用拦截埋点有代码侵入，需要二次开发，其他二者与服务的耦合度较低，无需侵入。

由于每一个请求就会生成一个链路，为了减少性能消耗，避免存储资源的浪费，dapper并不会上报所有的span数据，而是使用采样的方式。通过采集端自适应地调整采样率，控制span上报的数量，可以在发现性能瓶颈的同时，有效减少性能损耗。

3.2 收集

收集端服务接收采集到的链路信息并进行分析，链路信息的传递有两种方，分别是http和grpc，其中http方式简单易用、维护成本低，使用率较高，grpc性能突出，但需要客户端代码，维护成本较高。

3.3 存储

分布式链路追踪系统支持海量的数据库存储。Mysql、Hbase、ElasticSearch等关系型数据库和非关系型数据库均能存储链路信息，主流的存储选择是ElasticSearch，ElasticSearch可以提供高效的数据检索，为数据的应用提供可靠的性能支持。

3.4 展示

目前主流的分布式链路追踪框架大多有自己的链路展示UI，内容主要有服务拓扑、调用链时序图和检索等。

4、主流的实现方式

目前比较典型的分布式链路追踪框架主要有skywalking、istio和zipkin

，三者主要的区别体现在埋点方式的差异上。

4.1 skywalking

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。

Skywalking采用探针的方式进行埋点。以java为例，Skywalking只需要在java程序启动时指定其为java agent即可，以这种二进制注入的方式，拦截应用程序的流量，截取其中的链路流转信息。Skywalking支持多语言探针，提供了Java，.NET Core和Node.JS等主流开发语言的探针插件。

探针埋点示意图

4.1 istio

Istio提供了 Service Mesh 方式服务治理的完整的解决方案，服务运行的监控数据可以动态获取和输出，提供了强大的调用链、监控和调用日志收集输出的能力，通过非侵入的方式提供了服务的连接、控制、保护和观测能力。

Envoy代理埋点。在 Istio 中，所有的治理逻辑的执行体都是和业务容器一起部署的 Envoy 这个 Sidecar，拦截所有的流入和流出业务程序的流量，根据收到的规则执行执行各种动作。

Iptables 脚本通过 Iptables 规则拦截 pod 中流量，并发送到 Envoy 上。Envoy 拦截到 Inbound 和 Outbound 的流量会分别作不同操作，执行上面配置的操作，另外再把请求往下发，对于 Outbound 就是根据服务发现找到对应的目标服务后端上，对于 Inbound 流量则直接发到本地的服务实例上，Envoy在此进行埋点，截取Inbound和Outbound的链路信息，参照OpenTracing标准生成标准的调用链数据。

Envoy埋点示意图

4.1 zipkin

Zipkin分为client端和server端，client端需要应用系统代码引入，并可以进行灵活的二次开发，client端实现数据采集，server端负责链路数据的分析入库等。

框架埋点。应用系统引入client端代码，应用请求会被Trace框架拦截，将调用链信息添加到Header中，并传递到后续的服务调用中，每次跳转都会传递调用信息，上报trace信息（时间戳、耗时等），server端的Collecter会汇总所有的跳转信息，合并成一条完整的调用链信息。

框架埋点示意图

4.4 综合对比

综合对比图

5、参考文献

1. java agent 详细介绍

https://segmentfault.com/a/1190000015977174

2. Skywalking分析

https://blog.csdn.net/Saphulot/article/details/81739411

3. zipkin的工作原理浅析

https://blog.csdn.net/shida_hu/article/details/89450177

4. Istio 调用链埋点原理剖析—是否真的“零修改”？

https://mp.weixin.qq.com/s?src=11×tamp=1581385567&ver=2151&signature=msOWkdym*Cm-1XIXl6VFAlsjQlTOFmXZB4NjcMuXVnTw1iV*SE3Nbew4rGsKhPCQdxg6vfKZ18jeVA2JoqrFNOnscHI21R3JCcNYK-2jub5DMYeDoW43iM4*Xx5PDBEX&new=1

5. google dapper论文 中文

https://blog.csdn.net/yangzishiw/article/details/79402084

来源：https://www.toutiao.com/a6792401294427423235/

来都来了，走啥走，留个言呗~

IT大咖说 | 关于版权

由“IT大咖说（ID：itdakashuo）”原创的文章，转载时请注明作者、出处及微信公众号。