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调用链系列(1):解读UAVStack中的贪吃蛇

原创 大规模网络运维 作者:宜信技术学院 时间:2019-08-13 17:45:24 0 删除 编辑

一、背景

对于分布式在线服务,一个请求需要经过多个系统中多个模块,可能多达上百台机器的协作才能完成单次请求。这种场景下单靠人力无法掌握整个请求中各个阶段的性能开销,更无法快速的定位系统中性能瓶颈。当发生故障时通常需要查看大量日志跨越多个团队来确认问题。

二、举个栗子

程序猿小亮作为一个在职场摸爬滚打多年资深工程师,他可能面临的系统设计是这个样子的,如下图。

(图片来自于网络)

借助良好的系统设计和编码规范,对于一般有问题的请求处理,小亮依据自己对多个系统的了解通过翻阅大量的日志文件(前提是日志输出也需要规范)花费两个小时来定位到问题。随着用户的不断增长系统复杂度也呈现指数增长,小亮的大部分时间都浪费在了团队沟通之类的工作上。小亮的幸福指数也像系统复杂度一样呈现指数下降。

小亮这时可能会想,要是有一个东西能把每次请求经过的系统都记录下来,要是能把每个节点消耗时间、处理类神马的信息也抓出来那这个世界得多么美好。

一个偶然的机会小亮知道了UAVStack其中一个叫做调用链的神奇功能,在对业务代码没有任何侵入的前提下轻松解决了他的难题。下面就让我们一起来开启一段探索UAVStack的神奇之旅。

UAVStack调用链技术栈支持

三、效果展示

轻型调用链展示详情:

重调用链开启以后请求报文体抓取视图:

更多使用技巧和说明请参阅官网:https://uavorg.github.io/documents/uavdoc_useroperation/91.html(用户指南中调用链部分)。

四、具体实现

UAVStack调用链实现分为模型设计、服务端信息收集(轻/重)、方法级信息收集(轻/重)、客户端信息收集(轻/重)、调用链协议设计(轻/重)、调用链上下文传递、调用信息记录及传递、调用数据统计处理等。由于篇幅限制,本期暂时只分享其中的模型设计及实现调用链模型时序图。

五、模型设计

借鉴前人经验并揉合具体业务场景需求,抽象出了如下调用链模型:

调用链元数据:

1)SpanEndpointType:调用类型(Root(“E”),Service(“S”), Client(“C”), Method(“M”));

Root指本条调用链中的第一个节点,即一条调用链的开始位置,可以是一个服务请求,一次httpclient调用等;

Service指当前调用链中非第一个节点且是系统中对外提供的服务,如用户登录服务;

Client指当前调用链中非第一个节点且是当前系统与外部沟通的一种途径,如httpclient、mongoclient等;

Method值当前调用链中非第一个节点且是系统中的一个函数,如日志数出函数等。

2)traceId:调用链唯一标识符;

3)spanId:一条调用链中当前节点的调用顺序(与SpanEndpointType 结合唯一);spanId采用分层设计,形如1.2.1,既能表示调用顺序同时又能反应所才调用链层级;

4)parentId:一条调用链中当前节点的父调用节点。

调用链绘制规则:

1)调用者(服务、web)最初调用(无父调用)记为开始节点E,并生成唯一调用链ID,traceID;

2)系统内应用组件调用(如httpclient,方法调用等),spanId末尾数字加1(若为第一个则末尾加.1);

3)系统间调用(如A服务调用B服务),A服务与B服务span信息只有SpanEndpointType不同(分别对应span的两个端)。

举个栗子

背景介绍:用户小明想通过网络获取一些知识,通过网络他进入了系统O。服务O中部署了服务A和B,A服务使用httpclient与B通讯,B服务先会与redis交互然后和myql交互,最后系统O将小明感兴趣的内容返回给小明;

完成此次请求UAV抽象出如下调用链模型:

1)小明(下图中的调用方)通过门户访问了A服务,此时调用链生成唯一traceId并将当前节点的SpanEndpointType置为N(第一个节点的意思),spanId置为1(当前调用层中的第一个节点),parentId置为E(没有父节点的意思);

2)A服务通过httpclient向B服务发起一次http请求,此时调用链元数据如下traceId(沿用父节点id);1.1(spanId末尾加.1,因为为第一次调用);1(parentId父节点的spanId);C(调用类型记录为C客户端调用);

3)B服务接收到来自于A服务通过httpclient的调用,此时调用链元数据如下traceId(沿用初始调用时id);1.1(spanId沿用传递过来的spanId);1(parentId沿用传递过来的parentId);S(调用类型记录为S服务端处理请求);

4)B服务先查询redis,此时调用链元数据如下traceId(沿用初始调用时id);1.1.1(spanId末尾加.1,因为为第一次调用);1.1(parentId父节点的spanId);C(调用类型记录为C客户端调用);

5)B服务又发起对mysql的查询,此时调用链元数据如下traceId(沿用初始调用时id);1.1.2(spanId末尾数字加1,因为为非第一次调用);1.1(parentId父节点的spanId);C(调用类型记录为C客户端调用);

6)处理结束,调用链将记录的信息进行记录。

调用链时序图

UAVServer:中间件增强框架,提供在中间件的不同生命周期进行劫持的能力,即中间件劫持技术,如tomcat webcontainer启动开始时刻等;

JEEServiceRunGlobalFilterHandler:借助中间件劫持技术延伸出的全局filter,能够拦截所有经过中间件(tomcat等)的请求;

ServiceSpanInvokeChainHandler:调用链中专注处理归为Service类型节点的handler;

ClientSpanInvokeChainHandler:调用链中专注处理归为Client类型节点的handler;

XXAdapter:泛指调用链中所有的adapter,提供在handler(分为Service、Client、Method三种handler,图中省略了Method类型)执行动作before和after时刻操作数据的能力。

实现对用户代码无任何”侵入”的前提下完成调用链的生成,过程大致分为如下几个过程:

1)在JEEServiceRunGlobalFilterHandler的doRepuest中包装解析请求;

2)xxAdapter中的before对数据进行适配;

3)xxHandler处理对应范围内(Service、Client和Method)内请求数据;

4)xxAdapter中的after对数据进行整理或记录;

5)在JEEServiceRunGlobalFilterHandler的doResponse中返回处理过后请求。

六、总结

本文主要目的是让读者对UAVStack的调用链有一个整体的认识,初步了解一条调用链绘制的大致生命周期,具体的实现将在以后的分享中详细介绍。

作者:李崇


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