一、OpenTelemetry

分布式链路跟踪( Distributed Tracing )的概念最早是由Google提出来的,发展至今技术已经比较成熟,也是有一些协议标准可以参考。目前在Tracing技术这块比较有影响力的是两大开源技术框架:Netflix公司开源的OpenTracingGoogle开源的OpenCensus。两大框架都拥有比较高的开发者群体。为形成统一的技术标准,两大框架最终磨合成立了OpenTelemetry项目,简称otel。具体可以参考:

  1. OpenTracing介绍
  2. OpenTelemetry介绍

因此,我们的Tracing技术方案以OpenTelemetry为实施标准,协议标准的一些Golang实现开源项目:

  1. https://github.com/open-telemetry/opentelemetry-go
  2. https://github.com/open-telemetry/opentelemetry-go-contrib

其他第三方的框架和系统(如Jaeger/Prometheus/Grafana等)也会按照标准化的规范来对接OpenTelemetry,使得系统的开发和维护成本大大降低。

链路跟踪-背景知识 - 图1

二、重要概念

我们先看看OpenTelemetry的架构图,我们这里不会完整介绍,只会介绍其中大家常用的几个概念。关于OpenTelemetry的内部技术架构设计介绍,可以参考 OpenTelemetry架构 ,关于语义约定请参考:https://github.com/open-telemetry/opentelemetry-specification/blob/main/specification/trace/api.md

链路跟踪-背景知识 - 图2

TracerProvider

主要负责创建Tracer,一般是需要第三方的分布式链路跟踪管理平台提供具体的实现。默认情况是一个空的TracerProvider (NoopTracerProvider),虽然也能创建Tracer但是内部其实不会执行具体的数据流传输逻辑。

Tracer

Tracer表示一次完整的追踪链路,tracer由一个或多个span组成。下图示例表示了一个由8span组成的tracer:

  1. [Span A] ←←←(the root span)
  2. |
  3. +------+------+
  4. | |
  5. [Span B] [Span C] ←←←(Span C is a `ChildOf` Span A)
  6. | |
  7. [Span D] +---+-------+
  8. | |
  9. [Span E] [Span F] >>> [Span G] >>> [Span H]
  10. (Span G `FollowsFrom` Span F)

时间轴的展现方式会更容易理解:

  1. ––|–––––––|–––––––|–––––––|–––––––|–––––––|–––––––|–––––––|–> time
  2. [Span A···················································]
  3. [Span B··············································]
  4. [Span D··········································]
  5. [Span C········································]
  6. [Span E·······] [Span F··] [Span G··] [Span H··]

我们通常通过以下方式创建一个Tracer

  1. gtrace.NewTracer(tracerName)

Span

Span是一条追踪链路中的基本组成要素,一个span表示一个独立的工作单元,比如可以表示一次函数调用,一次http请求等等。span会记录如下基本要素:

  • 服务名称(operation name
  • 服务的开始时间和结束时间
  • K/V形式的Tags
  • K/V形式的Logs
  • SpanContext

Span是这么多对象中使用频率最高的,因此创建Span也非常简便,例如:

  1. gtrace.NewSpan(ctx, spanName, opts...)

Attributes

AttributesK/V键值对的形式保存用户自定义标签,主要用于链路追踪结果的查询过滤。例如: http.method="GET",http.status_code=200。其中key值必须为字符串,value必须是字符串,布尔型或者数值型。 span中的Attributes仅自己可见,不会随着 SpanContext传递给后续span。 设置Attributes方式例如:

  1. span.SetAttributes(
  2. label.String("http.remote", conn.RemoteAddr().String()),
  3. label.String("http.local", conn.LocalAddr().String()),
  4. )

Events

EventsAttributes类似,也是K/V键值对形式。与Attributes不同的是,Events还会记录写入Events的时间,因此Events主要用于记录某些事件发生的时间。Eventskey值同样必须为字符串,但对value类型则没有限制。例如:

  1. span.AddEvent("http.request", trace.WithAttributes(
  2. label.Any("http.request.header", headers),
  3. label.Any("http.request.baggage", gtrace.GetBaggageMap(ctx)),
  4. label.String("http.request.body", bodyContent),
  5. ))

SpanContext

SpanContext携带着一些用于跨服务通信的(跨进程)数据,主要包含:

  • 足够在系统中标识该span的信息,比如:span_id, trace_id
  • Baggage - 为整条追踪连保存跨服务(跨进程)的K/V格式的用户自定义数据。BaggageAttributes 类似,也是 K/V 键值对。与 Attributes 不同的是:

    • keyvalue都只能是字符串格式
    • Baggage不仅当前span可见,其会随着SpanContext传递给后续所有的子span。要小心谨慎的使用Baggage - 因为在所有的span中传递这些K,V会带来不小的网络和CPU开销。

Propagator

Propagator传播器用于端对端的数据编码/解码,例如:ClientServer端的数据传输,TraceIdSpanIdBaggage也是需要通过传播器来管理数据传输。业务端开发者往往对Propagator无感知,只有中间件/拦截器的开发者需要知道它的作用。OpenTelemetry的标准协议实现库提供了常用的TextMapPropagator,用于常见的文本数据端到端传输。此外,为保证TextMapPropagator中的传输数据兼容性,不应当带有特殊字符,具体请参考:https://github.com/open-telemetry/opentelemetry-specification/blob/main/specification/context/api-propagators.md

GoFrame框架通过gtrace模块使用了以下传播器对象,并全局设置到了OpenTelemetry中:

  1. // defaultTextMapPropagator is the default propagator for context propagation between peers.
  2. defaultTextMapPropagator = propagation.NewCompositeTextMapPropagator(
  3. propagation.TraceContext{},
  4. propagation.Baggage{},
  5. )

三、支持组件

GoFrame的核心组件都已经全面支持OpenTelemetry标准,并且自动开启了链路跟踪特性,开发者无需显示调用、使用无感知。在没有注入外部TracerProvider的情况下,框架会使用默认的TracerProvider,该TracerProvider只会自动创建TraceIDSpanID,并不会执行复杂逻辑。

包括但不限于以下核心组件:

  • Http Client

HTTP客户端自动启用了链路跟踪特性,具体使用示例请参考后续示例章节。

  • Http Server

HTTP服务端自动启用了链路跟踪特性,具体使用示例请参考后续示例章节。

  • gRPC Client

gRPC客户端自动启用了链路跟踪特性,具体使用示例请参考后续示例章节。

  • gRPC Server

gRPC服务端自动启用了链路跟踪特性,具体使用示例请参考后续示例章节。

  • Logging

日志内容中需要注入当前请求的TraceId,以方便通过日志快速查找定位问题点。该特性是由glog组件实现,这需要开发者在输出日志的时候调用Ctx链式操作方法将context.Context上下文变量传递到当前输出日志操作链路中,没有传递context.Context上下文变量,就会丢失日志内容中的TraceId

  • ORM

数据库的执行是很重要的链路环节,Orm组件需要将自身的执行情况投递到链路中,作为执行链路的一部分。

  • Redis

Redis的执行也是很重要的链路环节,Redis需要将自身的执行情况投递到链路中,作为执行链路的一部分。

  • Utils

对于Tracing特性的管理需要做一定的封装,主要考虑的是可扩展性和易用性两方面。该封装由gtrace模块实现,文档地址:https://pkg.go.dev/github.com/gogf/gf/v2/net/gtrace

四、参考资料