1、简介

1.1 Jaeger是什么

Jaeger  是受到 ​ ​Dapper​​​ 和 ​ ​OpenZipkin​​​ 启发的由 ​ ​Uber Technologies​​ 作为开源发布的分布式跟踪系统,截止2023年8月3日最新稳定版本是1.47。其前端采用React语言实现,后端采用GO语言实现,适用于进行链路追踪,分布式跟踪消息传递,分布式事务监控、问题分析、服务依赖性分析、性能优化等场景。

1.2 分布式链路追踪相关术语

(1)APM

随着微服务架构的流行,一次请求往往需要涉及到多个服务,因此服务性能监控和排查就变得更复杂:

  • 不同的服务可能由不同的团队开发、甚至可能使用不同的编程语言来实现;
  • 服务有可能布在了几千台服务器,横跨多个不同的数据中心。

因此,就需要一些可以帮助理解系统行为、用于分析性能问题的工具,以便发生故障的时候,能够快速定位和解决问题,这就是APM系统,全称是(Application Performance Monitor,当然也有叫 Application Performance Management tools)

AMP最早是谷歌公开的论文提到的 Google Dapper。Dapper是Google生产环境下的分布式跟踪系统,自从Dapper发展成为一流的监控系统之后,给google的开发者和运维团队帮了大忙,所以谷歌公开论文分享了Dapper。

(2)链路追踪

在传统的单体程序中,遇到问题时,我们可以通过函数间的调用栈来查看函数间的调用关系。但是在分布式的架构中,一个请求可能会导致多个不同网络的服务调用,这给我们调试问题带来了困难。Jaeger可以简单理解为微服务的函数调用栈,其记录了一个请求的各种调用关系,以便于我们分析问题。

  • tracer:在广义上,一个trace代表了一个事务或者流程在(分布式)系统中的执行过程。trace 是多个 span组成的一个有向无环图(DAG),每一个span代表trace中被命名并计时的连续性的执行片段。每一个 Trace 会有一个独有的 Trace ID,假设服务调用关系为 a->b->c->d,请求从 a 开始发起。 那么 a 负责生成 traceId,并在调用 b 的时候把 traceId 传递给 b,以此类推,traceId 会从 a 层层传递到 d。
  • span: 是链路追踪工具的逻辑工作单元,可以是一个微服务中的 service,也可以是一次方法调用,甚至一个简单的代码块调用。具有请求名称、请求开始时间、请求持续时间。每一个 Span 会有一个独有的 Span ID。Span 会被嵌套并排序以展示服务间的关系。
  • Span Context:含额外 Trace 信息的数据结构,span context 可以包含 Trace ID、Span ID,以及其他任何需要向下游服务传递的 Trace 信息。

总而言之,Trace表示对一次请求完整调用链的跟踪,而将两个服务例如上面的服务A和服务B的请求/响应过程叫做一次Span,trace是通过span来体现的, 通过一句话总结,我们可以将一次trace,看成是span的有向图,而这个有向图的边即为span。而分布式跟踪系统要做的,就是记录每次发送和接受动作的标识符和时间戳,将一次请求涉及到的所有服务串联起来,只有这样才能搞清楚一次请求的完整调用链。

(3)OpenTracing

为了解决不同的分布式追踪系统 API 不兼容的问题,诞生了 OpenTracing 规范。OpenTracing 是一个轻量级的标准化层,它位于应用程序/类库和追踪或日志分析程序之间。

一句话总结,OpenTracing是一套标准,它通过提供平台无关、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。OpenTracing提供了用于运营支撑系统的和针对特定平台的辅助程序库。程序库的具体信息请参考详细的规范。OpenTracing 已进入 CNCF,正在为全球的分布式追踪,提供统一的概念和数据标准。

注意 1:OpenTracing现在已经成为过去式了,现在的APM(全称:Application Performance Management tools,应用程序性能管理工具)世界,由一种叫做OpenTelemetry的规范所统治,具体详情参见《OpenTelemetry概述》。

1.3 Jaeger和其他常用分布式链路追踪工具对比

市面上关于分布式链路追踪工具的产品很多,除了 Uber 的 Jaeger 和 Twitter 的 Zipkin,目前 SkyWalking 使用者也比较多,下面从多个维度对比下常用分布式链路追踪工具的能力。

2、Jaeger架构设计

2.1 Jaeger架构

  • Tracing SDK:  用于实现分布式链路追踪的软件开发工具包。这些 SDK 通常是针对特定编程语言或框架的,旨在帮助开发人员在应用程序中集成分布式追踪功能。这些 SDK 提供了一组 API 和工具,使开发人员能够在应用程序代码中插入相关的追踪代码,从而捕获应用程序的请求路径、性能指标和其他有关信息。通过在代码中插入追踪代码,应用程序的不同组件和服务之间的交互将被追踪,从而形成完整的请求链路。
  • JaegerCollector: 接收traces,通过处理管道运行它们进行validation和清理/丰富,并将其存储在存储后端。Jaeger内置了对多个存储后端的支持,以及用于实现自定义存储插件的可扩展插件框架。
  • DB: Jaeger Collector 拿到的数据存储的地方,可以选 ES 或者 Cassandra等。
  • Jaeger UI: 是一项公开了从存储中检索traces的API的服务,并托管了一个用于搜索和分析traces的Web UI。

在Jaeger架构设计中,Jaeger Collector组件从被跟踪的应用程序接收数据,并将其直接写入存储。 存储必须能够同时处理平均流量和峰值流量。Jaeger Collector使用内存队列来平滑短期流量峰值,但如果存储无法跟上,持续的流量峰值可能会导致数据丢失。

注意 1:这是Jaeger最新稳定版本1.47的架构图,我们在比较老的jaeger版本的架构图中经常会看到jaeger-agent组件,其在应用程序和后端收集器之间起到中间代理的作用,但是由于Jaeger 客户端库已被弃用,并且 OpenTelemetry SDK 正在逐步取消对 Jaeger Thrift 格式的支持,因此现在版本不再需要或推荐使用jaeger-agent 。

2.2 Jaeger采样率

分布式追踪系统本身也会造成一定的性能低损耗,如果完整记录每次请求,对于生产环境可能会有极大的性能损耗,一般需要进行采样设置。

当前支持四种采样率设置:

  • 固定采样(sampler.type=const)sampler.param=1 全采样, sampler.param=0 不采样;

  • 按百分比采样(sampler.type=probabilistic)sampler.param=0.1 则随机采十分之一的样本;

  • 采样速度限制(sampler.type=ratelimiting)sampler.param=2.0 每秒采样两个traces;

  • 动态获取采样率 (sampler.type=remote) ,允许根据特定条件动态地决定是否采集某个请求的追踪数据,以减少性能开销并确保系统的稳定性。

参考:APM 原理与框架选型

参考:Jaeger分布式跟踪工具初探

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