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3.2.2.3.1 Jaeger

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Jaeger 是由 Uber 开源的分布式追踪系统，它采用 Go 语言编写，主要借鉴了 Google Dapper 论文和 Zipkin 的设计，兼容 OpenTracing 以及 Zipkin 追踪格式，目前已成为 CNCF 基金会的开源项目。

术语

让我们来快速回顾一下 OpenTracing 规范定义的术语。

Span

Span 是 Jaeger 的逻辑工作单元，具有请求名称、请求开始时间、请求持续时间。Span 会被嵌套并排序以展示服务间的关系。

Trace-Span 关系图（根据 Jaeger 官方重绘）
图 3.2.2.3.1.1：Trace-Span 关系图（根据 Jaeger 官方重绘）

Trace

Jaeger 在微服务系统中记录的完整的请求执行过程，并显示为 Trace， Trace 是系统的数据/执行路径。一个端到端的 Trace 由一个或多个 Span 组成。

Envoy-Jaeger 架构

Envoy 原生支持 Jaeger，追踪所需 x-b3 开头的 Header 和 x-request-id 在不同的服务之间由业务逻辑进行传递，并由 Envoy 上报给 Jaeger，最终 Jaeger 生成完整的追踪信息。

在 Istio 中，Envoy 和 Jaeger 的关系如下：

Envoy-Jaeger 架构图
图 3.2.2.3.1.2：Envoy-Jaeger 架构图

图中 Front Envoy 指的是第一个接收到请求的 Envoy Sidecar，它会负责创建 Root Span 并追加到请求 Header 内，请求到达不同的服务时，Envoy Sidecar 会将追踪信息进行上报。

Jaeger 的内部组件架构与 EFK 日志系统架构有一定相似性：

Jaeger 架构图（根据 Jaeger 官方重绘）
图 3.2.2.3.1.3：Jaeger 架构图（根据 Jaeger 官方重绘）

Jaeger 主要由以下几个组件构成：

  • Client：Jaeger 客户端，是 OpenTracing API 的具体语言实现，可以为各种开源框架提供分布式追踪工具。
  • Agent：监听在 UDP 端口的守护进程，以 Daemonset 的方式部署在宿主机或以 sidecar 方式注入容器内，屏蔽了 Client 和 Collector 之间的细节以及服务发现。用于接收 Client 发送过来的追踪数据，并将数据批量发送至 Collector。
  • Collector：用来接收 Agent 发送的数据，验证追踪数据，并建立索引，最后异步地写入后端存储，Collector 是无状态的。
  • DataBase：后端存储组件，支持内存、Cassandra、Elasticsearch、Kafka 的存储方式。
  • Query：用于接收查询请求，从数据库检索数据并通过 UI 展示。
  • UI：使用 React 编写，用于 UI 界面展示。

在 Istio 提供“开箱即用”的追踪环境中，Jaeger 的部署方式是 all-in-one 的方式。该模式下部署的 Pod 为 istio-tracing，使用 jaegertracing/all-in-one 镜像，包含：Jaeger-agent、Jaeger-collector、Jaeger-query(UI) 几个组件。

不同的是，Bookinfo 的业务代码并没有集成 Jaeger-client ，而是由 Envoy 将追踪信息直接上报到 Jaeger-collector，另外，存储方式默认为内存，随着 Pod 销毁，追踪数据将会被删除。

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。
  • Windows 部署 - 适用于 Windows 环境的部署方式，通过运行 exe 可执行文件安装和配置。

环境准备

请先按照本书指引部署 Bookinfo 示例应用程序，再进行以下配置：

  1. 如已经使用 demo 配置安装 Istio，则会自动安装 Jaeger，也可以通过以下命令启用： $ istioctl manifest apply --set values.tracing.enabled=true ✔ Istio core installed ✔ Istiod installed ✔ Ingress gateways installed ✔ Addons installed ✔ Installation complete 此命令会启用一个“开箱即用”的 Jaeger 演示环境。注意：默认采样率为 1%，你可以通过 --set values.pilot.traceSampling=<Value> 来配置采样率。Value 范围在 0.0 到 100.0 之间，精度为 0.01 。例如，Value 配置 0.01 意味着 10000 请求中跟踪 1 个请求。
  2. 如果集群内已部署 Jaeger ，可以使用以下命令进行配置： istioctl manifest apply --set values.global.tracer.zipkin.address=<jaeger-collector-service>.<jaeger-collector-namespace>:9411
  3. 访问 Bookinfo /productpage 页面以便生成并上报追踪数据，默认 1% 的采样率意味着需要至少请求 100 次才能看到追踪数据： for i in `seq 1 100`; do curl -s -o /dev/null http://$GATEWAY_URL/productpage; done
    • 请将 GATEWAY_URL 替换为 ingressgateway 的 IP 地址。命令执行完成后，追踪数据就会上报至 Jaeger 了。

访问 Jaeger Dashboard

如果 Istio 部署在本地环境，可以通过 istioctl dashboard 命令访问：

$ istioctl dashboard jaeger
http://localhost:43262
Failed to open browser; open http://localhost:43262 in your browser.

如果 Istio 部署在远程集群，也可以使用 kubectl 配置本地端口转发：

$ kubectl port-forward svc/tracing 8080:80 -n istio-system

使用 kubectl 配置端口转发后，打开浏览器访问 http://localhost:8080，即可访问 Jaeger Dashboard。

Jaeger Dashboard
图 3.2.2.3.1.4：Jaeger Dashboard

选择一个 Service ，如 details.default ，点击 "Find Traces" 按钮展示追踪结果。

Jaeger 追踪记录
图 3.2.2.3.1.5：Jaeger 追踪记录

点击列表项目进入追踪详情，详细记录了一次请求涉及到的 Services、深度、Span 总数、请求总时长等信息。也可以对下方的单项服务展开，观察每一个服务的请求耗时和详情。

Jaeger 追踪记录详情
图 3.2.2.3.1.6：Jaeger 追踪记录详情

Jaeger 还能够展示服务依赖，点击顶部的“Dependencies” 菜单获取。

Jaeger 请求依赖
图 3.2.2.3.1.7：Jaeger 请求依赖

除此之外，从 Jaeger 1.7 开始新加入一项强大的功能：对比不同请求的差异。点击顶部的 “Compare” 菜单，输入想要对比的 TraceId 查看差异。

Jaeger 请求差异对比
图 3.2.2.3.1.8：Jaeger 请求差异对比

Jaeger 出生虽然较晚，相比较其他的分布式追踪工具，具有以下特性：

  • 高可用性，Jaeger 的后端服务设计为没有单点故障，可以根据需要进行伸缩。
  • 兼容 Zipkin 追踪格式。
  • 完善的语言支持

Jaeger 目前已成为 Istio 默认的分布式追踪工具。

生产建议

对于生产环境，我们提供以下几点建议：

  1. Istio 提供“开箱即用”的 Jaeger 采用内存的存储方式，POD 被销毁后数据随即消失。在生产中需要单独配置持久化存储如：Cassandra ，具体可参阅 Jaeger 官方文档。
  2. Demo 中 Jaeger 默认采样率为 1%，在生产环境中建议根据业务系统的流量大小进行合理配置。
  3. Jaeger Collector 默认采用直接写入存储服务的方式，大规模的使用场景下建议使用 Kafka 作为中间缓存区。

参考

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