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authors reviewers
lyzhang1999
rootsongjc
GuangmingLuo
malphi

Jaeger

Jaeger 是由 Uber 开源的分布式追踪系统，它采用 Go 语言编写，主要借鉴了 Google Dapper 论文和 Zipkin 的设计，兼容 OpenTracing 以及 Zipkin 追踪格式，目前已成为 CNCF 基金会的开源项目。

术语

让我们来快速回顾一下 OpenTracing 规范定义的术语。

Span

Span 是 Jaeger 的逻辑工作单元，具有请求名称、请求开始时间、请求持续时间。Span 会被嵌套并排序以展示服务间的关系。

Trace-Span 关系图（根据 Jaeger 官方重绘）

Trace

Jaeger 在微服务系统中记录的完整的请求执行过程，并显示为 Trace， Trace 是系统的数据/执行路径。一个端到端的 Trace 由一个或多个 Span 组成。

Envoy-Jaeger 架构

Envoy 原生支持 Jaeger，追踪所需 x-b3 开头的 Header 和 x-request-id 在不同的服务之间由业务逻辑进行传递，并由 Envoy 上报给 Jaeger，最终 Jaeger 生成完整的追踪信息。

在 Istio 中，Envoy 和 Jaeger 的关系如下：

Envoy-Jaeger 架构图

图中 Front Envoy 指的是第一个接收到请求的 Envoy Sidecar，它会负责创建 Root Span 并追加到请求 Header 内，请求到达不同的服务时，Envoy Sidecar 会将追踪信息进行上报。

Jaeger 的内部组件架构与 EFK 日志系统架构有一定相似性：

Jaeger 架构图（根据 Jaeger 官方重绘）

Jaeger 主要由以下几个组件构成：

  • Client：Jaeger 客户端，是 OpenTracing API 的具体语言实现，可以为各种开源框架提供分布式追踪工具。
  • Agent：监听在 UDP 端口的守护进程，以 Daemonset 的方式部署在宿主机或以 sidecar 方式注入容器内，屏蔽了 Client 和 Collector 之间的细节以及服务发现。用于接收 Client 发送过来的追踪数据，并将数据批量发送至 Collector。
  • Collector：用来接收 Agent 发送的数据，验证追踪数据，并建立索引，最后异步地写入后端存储，Collector 是无状态的。
  • DataBase：后端存储组件，支持内存、Cassandra、Elasticsearch、Kafka 的存储方式。
  • Query：用于接收查询请求，从数据库检索数据并通过 UI 展示。
  • UI：使用 React 编写，用于 UI 界面展示。

在 Istio 提供“开箱即用”的追踪环境中，Jaeger 的部署方式是 all-in-one 的方式。该模式下部署的 Pod 为 istio-tracing，使用 jaegertracing/all-in-one 镜像，包含：Jaeger-agent、Jaeger-collector、Jaeger-query(UI) 几个组件。

不同的是，Bookinfo 的业务代码并没有集成 Jaeger-client ，而是由 Envoy 将追踪信息直接上报到 Jaeger-collector，另外，存储方式默认为内存，随着 Pod 销毁，追踪数据将会被删除。

部署方式

Jaeger 的部署方式主要有以下几种：

  • all-in-one 部署 - 适用于快速体验 Jaeger ，所有追踪数据存储在内存中，不适用于生产环境。
  • Kubernetes 部署 - 通过在集群独立部署 Jaeger 各组件 manifest 完成，定制化程度高，可使用已有的 Elasticsearch、Kafka 服务，适用于生产环境。
  • OpenTelemetry 部署 - 适用于使用 OpenTelemetry API 的部署方式。
  • Windows 部署 - 适用于 Windows 环境的部署方式，通过运行 exe 可执行文件安装和配置。

环境准备

请先按照本书指引部署 Bookinfo 示例应用程序，再进行以下配置：

  1. 如已经使用 demo 配置安装 Istio，则会自动安装 Jaeger，也可以通过以下命令启用：

    $ istioctl manifest apply --set values.tracing.enabled=true
✔ Istio core installed
✔ Istiod installed
✔ Ingress gateways installed
✔ Addons installed
✔ Installation complete

    此命令会启用一个“开箱即用”的 Jaeger 演示环境。

    注意：默认采样率为 1%，你可以通过 --set values.pilot.traceSampling=<Value> 来配置采样率。Value 范围在 0.0 到 100.0 之间，精度为 0.01 。例如，Value 配置 0.01 意味着 10000 请求中跟踪 1 个请求。

  2. 如果集群内已部署 Jaeger ，可以使用以下命令进行配置：

    istioctl manifest apply --set values.global.tracer.zipkin.address=<jaeger-collector-service>.<jaeger-collector-namespace>:9411

  3. 访问 Bookinfo /productpage 页面以便生成并上报追踪数据，默认 1% 的采样率意味着需要至少请求 100 次才能看到追踪数据：

    for i in `seq 1 100`; do curl -s -o /dev/null http://$GATEWAY_URL/productpage; done
    • 请将 GATEWAY_URL 替换为 ingressgateway 的 IP 地址。

    命令执行完成后，追踪数据就会上报至 Jaeger 了。

访问 Jaeger Dashboard

如果 Istio 部署在本地环境，可以通过 istioctl dashboard 命令访问：

$ istioctl dashboard jaeger
http://localhost:43262
Failed to open browser; open http://localhost:43262 in your browser.

如果 Istio 部署在远程集群，也可以使用 kubectl 配置本地端口转发：

$ kubectl port-forward svc/tracing 8080:80 -n istio-system

使用 kubectl 配置端口转发后，打开浏览器访问 http://localhost:8080，即可访问 Jaeger Dashboard。

Jaeger Dashboard

选择一个 Service ，如 details.default ，点击 "Find Traces" 按钮展示追踪结果。

Jaeger 追踪记录

点击列表项目进入追踪详情，详细记录了一次请求涉及到的 Services、深度、Span 总数、请求总时长等信息。也可以对下方的单项服务展开，观察每一个服务的请求耗时和详情。

Jaeger 追踪记录详情

Jaeger 还能够展示服务依赖，点击顶部的“Dependencies” 菜单获取。

Jaeger 请求依赖

除此之外，从 Jaeger 1.7 开始新加入一项强大的功能：对比不同请求的差异。点击顶部的 “Compare” 菜单，输入想要对比的 TraceId 查看差异。

Jaeger 请求差异对比

Jaeger 出生虽然较晚，相比较其他的分布式追踪工具，具有以下特性：

  • 高可用性，Jaeger 的后端服务设计为没有单点故障，可以根据需要进行伸缩。
  • 兼容 Zipkin 追踪格式。
  • 完善的语言支持

Jaeger 目前已成为 Istio 默认的分布式追踪工具。

生产建议

对于生产环境，我们提供以下几点建议：

  1. Istio 提供“开箱即用”的 Jaeger 采用内存的存储方式，POD 被销毁后数据随即消失。在生产中需要单独配置持久化存储如：Cassandra ，具体可参阅 Jaeger 官方文档。
  2. Demo 中 Jaeger 默认采样率为 1%，在生产环境中建议根据业务系统的流量大小进行合理配置。
  3. Jaeger Collector 默认采用直接写入存储服务的方式，大规模的使用场景下建议使用 Kafka 作为中间缓存区。

参考