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使用Istio分布式跟踪应用程序

ServiceMesher 2019-02-14

在微服务领域,分布式跟踪正逐渐成为调试和跟踪应用程序最重要的依赖工具。

最近的聚会和会议上,我发现很多人对分布式跟踪的工作原理很感兴趣,但同时对于分布式跟踪如何与Istio和Aspen Mesh等服务网格进行配合使用存在较大的困惑。特别地,我经常被问及以下问题:

  • Tracing如何与Istio一起使用?在Span中收集和报告哪些信息?

  • 是否必须更改应用程序才能从Istio的分布式跟踪中受益?

  • 如果目前在应用程序中报告Span,它将如何与Istio中的Span进行交互?

在这篇博客中,我将尝试回答这些问题。

在我们深入研究这些问题之前,建议先快速了解为什么我要写与分布式跟踪相关博客。如果您关注Aspen Mesh的博客,您会注意到我写了两篇与tracing相关的博客,一篇关于 ”使用Istio跟踪AWS中的服务请求“,另一篇关于”使用Istio跟踪gRPC应用程序"。

我们在Aspen Mesh有一个非常小的工程团队,如果经常在子系统或组件上工作,您很快就会成为(或标记或分配)常驻专家。我在微服务中添加了分布式跟踪,并在AWS环境中将其与Istio集成,在此过程中发现了值得分享的各种有趣的经验。在过去的几个月里,我们一直在大量使用跟踪来了解我们的微服务,现在这种方法已经成为我们排查问题首先采用的手段。后续,我们继续回答上面提到的问题。

Tracing如何与Istio一起使用?

Istio在应用程序运行的Pod容器中注入sidecar代理(Envoy)。sidecar代理透明地拦截(防火墙魔法)进出应用程序的所有网络流量。拦截模式下,sidecar代理处于一个独特的位置,可以自动跟踪所有网络请求(包括HTTP/1.1、HTTP/2.0和gRPC)。

让我们看看sidecar代理对来自客户端(外部或其他微服务)的传入Pod请求所做的更改。从现在开始,为了简单起见,我将假设跟踪标头采用Zipkin格式。

  • 如果传入请求没有任何跟踪头,则在请求传递到与sidecar同一Pod中的应用程序容器前,sidecar代理将创建根Span(其中trace、parent和Span ID具有完全相同的Span)。

  • 如果传入的请求有跟踪信息(如正在使用Istio Ingress或者微服务是从另一个注入了sidecar代理的微服务中调用),那么sidecar代理将从跟踪头中提取Span上下文,在将请求传递到同一Pod中的应用程序容器之前,创建一个新的兄弟(sibling)Span(与传入头相同的trace、parent和Span ID)。

在应用程序容器发出相反方向上的出站请求(外部服务或集群中的服务)时,Pod中的sidecar代理在向上游服务发出请求之前执行以下操作:

  • 如果不存在跟踪头,则sidecar代理会创建根Span并将Span上下文作为头部注入新请求。

  • 如果存在跟踪头,则sidecar代理从头部中提取Span上下文,并基于此上下文创建子Span。新上下文作为请求中的跟踪头传播到上游服务。

根据上面的解释,您应该注意到对于微服务调用链中的每一跳,将获得Istio报告的两个Span,一个来自客户端sidecar( span.kind设置为client)和一个来自服务器sidecar( span.kind设置为server)。sidecar创建的所有Span都由sidecar自动报告给配置的后端跟踪系统,比如Jaeger或Zipkin等。

接下来,让我们看一下Span中报告的信息。Span包含以下信息:

  • x-request-id:报告为 guid:x-request-id,这对于将访问日志与Span相关联非常有用。

  • upstream cluster:发出请求的上游服务。如果Span跟踪对Pod的传入请求,则通常将其设置为 in.<name>。如果Span跟踪出站请求,则将其设置为 out.<name>

  • HTTP headers:在可用时报告以下 HTTP 头部信息:

  • +URL

  • +Method

  • +User 代理

  • +Protocol

  • +Request 大小

  • +Response 大小

  • +Response 标记

  • 每个Span的开始和结束时间。

  • 跟踪的元数据:这包括trace ID、Span ID和Span类型(client或server)。除此之外,还会报告每个Span的操作名称。操作名称设置为影响路由配置的虚拟服务(或 v1alpha1 中的路由规则),如果选择了默认路由,则设置为 “default-route”。这对于了解哪个Istio路由配置对Span生效非常有用。

接下来让我们继续讨论第二个问题。

是否必须修改应用程序才能利用Istio追踪?

是的,您需要在应用程序中添加逻辑,以便将传入跟踪头部信息从传入请求传播到传出请求,这样才能从Istio的分布式跟踪中获得更多有价值的信息。

如果应用程序容器在传入请求的上下文中发出新的出站请求,且传入请求中未包括跟踪头,则sidecar代理会为出站请求创建根Span。这意味着您将始终只看到两个微服务的路径。另一方面,如果应用程序容器确实将跟踪头部信息从传入请求传播到传出请求,则sidecar代理将创建如上所述的子Span。通过创建子Span,您可以了解跨多个微服务的依赖关系。

在应用程序中传播跟踪头有两种选择。

  1. 查找Istio文档中提到的跟踪头,并将其从传入请求传输到传出请求。这种方法很简单,几乎适用于所有情况。但是,它有一个主要缺点,无法向Span添加自定义标记信息例如用户信息等。您无法创建应用程序中的事件相关的子Span。由于是在不了解Span格式或上下文的情况下传播跟踪信息,因此添加特定于应用程序的信息的能力有限。

  2. 第二种方法是在应用程序中设置跟踪客户端,并使用Opentracing API将跟踪头部信息从传入请求传播到传出请求。我创建了一个跟踪示例包,它提供了一种在您的应用程序中设置jaeger-client-go的简单方法,该方法与Istio兼容。以下代码段可用于应用程序的主功能中:

 
   
   
 
  1. import (

  2.    "log"

  3.    "github.com/spf13/cobra"

  4.    "github.com/spf13/viper"

  5.    "github.com/aspenmesh/tracing-go"

  6. )

  7. func setupTracing() {

  8.    // Configure Tracing

  9.    tOpts := &tracing.Options{

  10.        ZipkinURL: viper.GetString("trace_zipkin_url"),

  11.        JaegerURL: viper.GetString("trace_jaeger_url"),

  12.        LogTraceSpans: viper.GetBool("trace_log_spans"),

  13.    }

  14.    if err := tOpts.Validate(); err != nil {

  15.        log.Fatal("Invalid options for tracing: ", err)

  16.    }

  17.    var tracer io.Closer

  18.    if tOpts.TracingEnabled() {

  19.        tracer, err = tracing.Configure("myapp", tOpts)

  20.        if err != nil {

  21.            tracer.Close()

  22.            log.Fatal("Failed to configure tracing: ", err)

  23.        } else {

  24.            defer tracer.Close()

  25.        }

  26.    }

  27. }

需要注意的关键点是在tracing-go包中我将Opentracing全局跟踪器设置Jaeger。 这使我能够使用Opentracing API将跟踪头从传入请求传播到传出请求,如下所示:

 
   
   
 
  1. import (

  2.    "net/http"

  3.    "golang.org/x/net/context"

  4.    "golang.org/x/net/context/ctxhttp"

  5.    "ot "github.com/opentracing/opentracing-go"

  6. )

  7. func injectTracingHeaders(incomingReq *http.Request, addr string) {

  8.    ifSpan:= ot.SpanFromContext(incomingReq.Context());Span!= nil {

  9.        outgoingReq, _ := http.NewRequest("GET", addr, nil)

  10.        ot.GlobalTracer().Inject(

  11.            span.Context(),

  12.            ot.HTTPHeaders,

  13.            ot.HTTPHeadersCarrier(outgoingReq.Header))

  14.        resp, err := ctxhttp.Do(ctx, nil, outgoingReq)

  15.        // Do something with resp

  16.    }

  17. }

您还可以使用Opentracing API 来设置Span标记或从Istio添加的跟踪上下文创建子Span,如下所示:

 
   
   
 
  1. func SetSpanTag(incomingReq *http.Request, key string, value interface{}) {

  2.    ifSpan:= ot.SpanFromContext(incomingReq.Context());Span!= nil {

  3.        span.SetTag(key, value)

  4.    }

  5. }

除了上述好处之外,您不必直接处理跟踪信息,但跟踪器(在本例中为Jaeger)会为您处理它。 我强烈建议使用此方法,因为它在应用程序中提供了跟踪的基础,增强了跟踪功能而不会产生太多开销。

现在让我们继续讨论第三个问题。

Istio报告的Span如何与应用程序创建的Span交互?

如果您希望应用程序报告的Span是Istio添加的跟踪上下文的子Span,则应使用OpenTracing API StartSpanFromContext而不是使用StartSpan。如果存在跟踪头部信息,则 StartSpanFromContext从父级上下文创建子Span,否则创建根Span。

请注意,在上面的所有示例中,我都使用了OpenTracing Go API,但您应该能够使用与应用程序相同语言编写的任何跟踪客户端库,只要它与OpenTracing API兼容即可。

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