探索服務網格與 OpenTelemetry 的協同之分布式跟蹤

在上一篇文章中,介紹了 如何在 k8s 中無侵入安裝 Otel 探針 并實現了無侵入(某些語言還無法實現,比如 Go 的 eBPF 對內核的苛刻要求)的分布式跟蹤。

這篇文章發出后有讀者評論 javaagent 的“無侵入”一說,這里有必要解釋下。“無侵入”主要指的是不需要修改應用程序的業務邏輯代碼就能實現的功能,對應用程序透明無感知,讓開發者專注于業務開發;同時由于無需修改應用程序代碼,更易于集成;同時還維護簡單,在多種語言、框架間保證功能的一致性

而 Java Agent 在 JVM 啟動時加載,它在運行時修改字節碼來注入跟蹤代碼,而不是在應用程序的源代碼層面上進行修改。

背景

分布式跟蹤

分布式跟蹤是監控和診斷微服務請求流程的關鍵技術,也是可觀測性的關鍵組成部分,提供了對微服務架構中復雜交互和性能問題的深入洞察。它通過提供服務間請求鏈路的清晰視圖來管理復雜性,并幫助識別性能瓶頸、優化資源分配、快速定位和解決故障,提高系統的整體可靠性。

服務網格的無侵入式分布式跟蹤

又是無侵入性!服務網格中的代理自動處理所有入站和出站的網絡通信,自動捕獲、記錄和分析服務間的請求和響應的詳細信息,如請求時間、持續時間、狀態代碼和其他元數據。這種 實現方式 對應用程序本身透明,并且較 Java Agent 在運行時修改字節碼更加徹底。

這里有個前提是應用程序能夠在請求中傳遞上下文信息,這樣 sidecar 代理生成和發送的跟蹤信息最終可以串聯在一起,不會發生斷鏈。

網格的無侵入式分布式跟蹤雖然為我們展示了請求的鏈路,但是如上圖所示每個跨度(span)都是 sidecar 代理的信息。

緊跟上篇文章之后,我們今天將探索 服務網格 FSM 與 OpenTelemetry 的集成,實現應用、網格的全鏈路分布式跟蹤。

演示

架構

環境配置

Jaeger、cert-manager 和 Otel operator 的安裝,請參考 上一篇文章

配置 Instrumentation

接下來就是配置探針的安裝和配置了,詳細的配置說明,可以參考 Instrumentation API 文檔

根據 FSM 分布式跟蹤文檔 的介紹,FSM 支持 Zipkin 的協議,因此在 propagators 中我們使用 b3multi,使用 B3 的多標頭格式,在請求頭中傳遞如下的信息:

  • x-b3-traceid
  • x-b3-spanid
  • x-b3-parentspanid
  • x-b3-sampled
  • x-b3-flags

這次使用 sample 命名空間。

kubectl create namespace sample

kubectl apply -n sample -f - <<EOF
apiVersion: opentelemetry.io/v1alpha1
kind: Instrumentation
metadata:
  name: instrumentation-sample
spec:
  propagators:
    - b3multi
  sampler:
    type: parentbased_traceidratio
    argument: "1"
  env:
    - name: OTEL_EXPORTER_OTLP_ENDPOINT
      value: otel-collector.default:4318
EOF

配置 OpenTelemetry Collector

Otel 收集器的詳細配置可以參考 官方文檔

  • 接收器(receiver),我們配置 otlp 來接收來自應用程序的跟蹤信息,使用 zipkin 來接收來自 sidecar 的上報,使用端點 0.0.0.0:9411
  • 輸出器(exporter),配置 Jager 的 otlp 端點 jaeger.default:4317
  • 管道服務(pipeline service),使用 otlpzipkin 作為輸入源,將 jaeger 作為輸出目的地。
kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: opentelemetry.io/v1alpha1
kind: OpenTelemetryCollector
metadata:
  name: otel
spec:
  config: |
    receivers:
      otlp:
        protocols:
          grpc:
          http:
      zipkin:
        endpoint: "0.0.0.0:9411"

    exporters:
      otlp/jaeger:
        endpoint: "jaeger.default:4317"
        tls:
          insecure: true

    service:
      pipelines:
        traces:
          receivers: [otlp, zipkin]
          exporters: [otlp/jaeger]
EOF

安裝服務網格 FSM

我們通過 CLI 來安裝 FSM,現下載 FSM 使用當前最新的正式版 1.1.4。

system=$(uname -s | tr '[:upper:]' '[:lower:]')
arch=$(uname -m | sed -E 's/x86_/amd/' | sed -E 's/aarch/arm/')
release=v1.1.4
curl -L https://github.com/flomesh-io/fsm/releases/download/$release/fsm-$release-$system-$arch.tar.gz | tar -vxzf -
./$system-$arch/fsm version

在安裝時,啟用分布式跟蹤并將地址指向 Otel Collector 的 zipkin 接收器,zipkin 接收器端點為 /api/v2/spans

fsm install \
  --set=fsm.tracing.enable=true \
  --set=fsm.tracing.address=otel-collector.default \
  --set=fsm.tracing.port=9411 \
  --set=fsm.tracing.endpoint=/api/v2/spans

部署示例應用

將命名空間 sample 加入到服務網格中,部署應用。

fsm namespace add sample
kubectl apply -n sample -f https://raw.githubusercontent.com/addozhang/http-sample/main/manifests/service-v1.yaml

確認應用 pod 注入 sidecar 并正常運行。

kubectl get po -n sample
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
service-c-66bf9dcc7b-pdj8p   2/2     Running   0          38s
service-b-586cfc5ccd-k9qrs   2/2     Running   0          37s
service-a-7cf7bc5bcc-tgjzz   2/2     Running   0          37s

測試

pod_name="$(kubectl get pod -n sample -l app=service-a -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}')"
kubectl port-forward -n sample $pod_name 8080:8080 &

curl localhost:8080

發送請求后,打開 Jaeger UI。

jaeger_pod="$(kubectl get pod -l app=jaeger -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}')"
kubectl port-forward $jaeger_pod 16686:16686 &

在 Jaeger UI 中,可以看到鏈路的內容更加的豐富:包含了應用程序和 sidecar 代理的跨度數據。

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