分布式链路追踪 gRPC + Opentracing + Zipkin-地鼠文档

在实际应用中，你做了那么多 Server 端，写了 N 个 RPC 方法。想看看方法的指标，却无处下手？

本文将通过 gRPC + Opentracing + Zipkin 搭建一个分布式链路追踪系统来实现查看整个系统的链路、性能等指标。

Opentracing

是什么

OpenTracing 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

不过 OpenTracing 并不是标准。因为 CNCF 不是官方标准机构，但是它的目标是致力为分布式追踪创建更标准的 API 和工具

名词解释

Trace

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

Span

一个 span 代表在分布式系统中完成的单个工作单元。也包含其他 span 的 “引用”，这允许将多个 spans 组合成一个完整的 Trace

每个 span 根据 OpenTracing 规范封装以下内容：

操作名称
开始时间和结束时间
key:value span Tags
key:value span Logs
SpanContext

Logs

Span logs（跨度日志）可以记录 Span 内特定时间或事件的日志信息。主要用于捕获特定 Span 的日志信息以及应用程序本身的其他调试或信息输出

SpanContext

SpanContext 代表跨越进程边界，传递到子级 Span 的状态。常在追踪示意图中创建上下文时使用

Baggage Items

Baggage Items 可以理解为 trace 全局运行中额外传输的数据集合

一个案例

图中可以看到以下内容：

执行时间的上下文
服务间的层次关系
服务间串行或并行调用链

结合以上信息，在实际场景中我们可以通过整个系统的调用链的上下文、性能等指标信息，一下子就能够发现系统的痛点在哪儿

Zipkin

是什么

Zipkin 是分布式追踪系统。它的作用是收集解决微服务架构中的延迟问题所需的时序数据。它管理这些数据的收集和查找

Zipkin 的设计基于 Google Dapper 论文。

运行

docker run -d -p 9411:9411 openzipkin/zipkin

其他方法安装参见：https://github.com/openzipkin/zipkin

验证

访问 http://127.0.0.1:9411/zipkin/ 检查 Zipkin 是否运行正常

gRPC + Opentracing + Zipkin

在前面的小节中，我们做了以下准备工作：

了解 Opentracing 是什么
搭建 Zipkin 提供分布式追踪系统的功能

接下来实现 gRPC 通过 Opentracing 标准 API 对接 Zipkin，再通过 Zipkin 去查看数据

目录结构

新建 simple_zipkin_client、simple_zipkin_server 目录，目录结构如下：

go-grpc-example
├── LICENSE
├── README.md
├── client
│   ├── ...
│   ├── simple_zipkin_client
├── conf
├── pkg
├── proto
├── server
│   ├── ...
│   ├── simple_zipkin_server
└── vendor

安装

$ go get -u github.com/openzipkin/zipkin-go-opentracing
$ go get -u github.com/grpc-ecosystem/grpc-opentracing/go/otgrpc

gRPC

Server

package main

import (
    "context"
    "log"
    "net"

    "github.com/grpc-ecosystem/go-grpc-middleware"
    "github.com/grpc-ecosystem/grpc-opentracing/go/otgrpc"
    zipkin "github.com/openzipkin/zipkin-go-opentracing"
    "google.golang.org/grpc"

    "github.com/EDDYCJY/go-grpc-example/pkg/gtls"
    pb "github.com/EDDYCJY/go-grpc-example/proto"
)

type SearchService struct{}

func (s *SearchService) Search(ctx context.Context, r *pb.SearchRequest) (*pb.SearchResponse, error) {
    return &pb.SearchResponse{Response: r.GetRequest() + " Server"}, nil
}

const (
    PORT = "9005"

    SERVICE_NAME              = "simple_zipkin_server"
    ZIPKIN_HTTP_ENDPOINT      = "http://127.0.0.1:9411/api/v1/spans"
    ZIPKIN_RECORDER_HOST_PORT = "127.0.0.1:9000"
)

func main() {
    collector, err := zipkin.NewHTTPCollector(ZIPKIN_HTTP_ENDPOINT)
    if err != nil {
        log.Fatalf("zipkin.NewHTTPCollector err: %v", err)
    }

    recorder := zipkin.NewRecorder(collector, true, ZIPKIN_RECORDER_HOST_PORT, SERVICE_NAME)

    tracer, err := zipkin.NewTracer(
        recorder, zipkin.ClientServerSameSpan(false),
    )
    if err != nil {
        log.Fatalf("zipkin.NewTracer err: %v", err)
    }

    tlsServer := gtls.Server{
        CaFile:   "../../conf/ca.pem",
        CertFile: "../../conf/server/server.pem",
        KeyFile:  "../../conf/server/server.key",
    }
    c, err := tlsServer.GetCredentialsByCA()
    if err != nil {
        log.Fatalf("GetTLSCredentialsByCA err: %v", err)
    }

    opts := []grpc.ServerOption{
        grpc.Creds(c),
        grpc_middleware.WithUnaryServerChain(
            otgrpc.OpenTracingServerInterceptor(tracer, otgrpc.LogPayloads()),
        ),
    }
    ...
}

zipkin.NewHTTPCollector：创建一个 Zipkin HTTP 后端收集器
zipkin.NewRecorder：创建一个基于 Zipkin 收集器的记录器
zipkin.NewTracer：创建一个 OpenTracing 跟踪器（兼容 Zipkin Tracer）
otgrpc.OpenTracingClientInterceptor：返回 grpc.UnaryServerInterceptor，不同点在于该拦截器会在 gRPC Metadata 中查找 OpenTracing SpanContext。如果找到则为该服务的 Span Context 的子节点
otgrpc.LogPayloads：设置并返回 Option。作用是让 OpenTracing 在双向方向上记录应用程序的有效载荷（payload）

总的来讲，就是初始化 Zipkin，其又包含收集器、记录器、跟踪器。再利用拦截器在 Server 端实现 SpanContext、Payload 的双向读取和管理

Client

func main() {
    // the same as zipkin server
    // ...
    conn, err := grpc.Dial(":"+PORT, grpc.WithTransportCredentials(c),
        grpc.WithUnaryInterceptor(
            otgrpc.OpenTracingClientInterceptor(tracer, otgrpc.LogPayloads()),
        ))
    ...
}

otgrpc.OpenTracingClientInterceptor：返回 grpc.UnaryClientInterceptor。该拦截器的核心功能在于：

（1）OpenTracing SpanContext 注入 gRPC Metadata

（2）查看 context.Context 中的上下文关系，若存在父级 Span 则创建一个 ChildOf 引用，得到一个子 Span

其他方面，与 Server 端是一致的，先初始化 Zipkin，再增加 Client 端特需的拦截器。就可以完成基础工作啦

验证

启动 Server.go，执行 Client.go。查看 http://127.0.0.1:9411/zipkin/ 的示意图：

复杂点

来，自己实践一下

总结

在多服务下的架构下，串行、并行、服务套服务是一个非常常见的情况，用常规的方案往往很难发现问题在哪里（成本太大）。而这种情况就是分布式追踪系统大展拳脚的机会了

希望你通过本章节的介绍和学习，能够了解其概念和搭建且应用一个追踪系统。

参考

本系列示例代码

go-grpc-example

资料

最后编辑: kuteng 文档更新时间: 2020-12-27 14:34 作者：kuteng

分布式链路追踪 gRPC + Opentracing + Zipkin