分布式链路追踪框架的基本实现原理

目录

• 分布式追踪什么是分布式追踪分布式系统分布式追踪分布式追踪有什么用呢
• Dapper分布式追踪系统的实现跟踪树和 span
• Jaeger 和 OpenTracingOpenTracingJaeger 结构OpenTracing 数据模型Span 格式TraceSpanOpenTracing API

本系列共有三篇：

.NET Core 中的日志与分布式链路追踪

分布式链路追踪框架的基本实现原理(当前)

开源一个简单的兼容 Jaeger 的框架

柠檬(Lemon丶)大佬在一月份开业了柠檬研究院，研究院指导成员学习分布式和云原生技术，本月课题是分布式链路追踪，学习 Dapper 论文、Jaeger 的使用，以及完成一个兼容 Jaeger 的链路追踪框架。

笔者将作业分为三部分，三篇文章加上实现代码，本文是第二篇。

分布式追踪

什么是分布式追踪

分布式系统

当我们使用 Google 或者 百度搜索时，查询服务会将关键字分发到多台查询服务器，每台服务器在自己的索引范围内进行搜索，搜索引擎可以在短时间内获得大量准确的搜索结果；同时，根据关键字，广告子系统会推送合适的相关广告，还会从竞价排名子系统获得网站权重。通常一个搜索可能需要成千上万台服务器参与，需要经过许多不同的系统提供服务。

多台计算机通过网络组成了一个庞大的系统，这个系统即是分布式系统。

在微服务或者云原生开发中，一般认为分布式系统是通过各种中间件/服务网格连接的，这些中间件提供了共享资源、功能(API等)、文件等，使得整个网络可以当作一台计算机进行工作。

分布式追踪

在分布式系统中，用户的一个请求会被分发到多个子系统中，被不同的服务处理，最后将结果返回给用户。用户发出请求和获得结果这段时间是一个请求周期。

当我们购物时，只需要一个很简单的过程：

获取优惠劵 -> 下单 -> 付款 -> 等待收货

然而在后台系统中，每一个环节都需要经过多个子系统进行协作，并且有严格的流程。例如在下单时，需要检查是否有优惠卷、优惠劵能不能用于当前商品、当前订单是否符合使用优惠劵条件等。

下图是一个用户请求后，系统处理请求的流程。

【图片来源：鹰眼下的淘宝分布式调用跟踪系统介绍】

图中出现了很多箭头，这些箭头指向了下一步要流经的服务/子系统，这些箭头组成了链路网络。

在一个复杂的分布式系统中，任何子系统出现性能不佳的情况，都会影响整个请求周期。根据上图，我们设想：

1.系统中有可能每天都在增加新服务或删除旧服务，也可能进行升级，当系统出现错误，我们如何定位问题？

2.当用户请求时，响应缓慢，怎么定位问题？

3.服务可能由不同的编程语言开发，1、2 定位问题的方式，是否适合所有编程语言？

分布式追踪有什么用呢

随着微服务和云原生开发的兴起，越来越多应用基于分布式进行开发，但是大型应用拆分为微服务后，服务之间的依赖和调用变得越来越复杂，这些服务是不同团队、使用不同语言开发的，部署在不同机器上，他们之间提供的接口可能不同(gRPC、Restful api等)。

为了维护这些服务，软件领域出现了 Observability 思想，在这个思想中，对微服务的维护分为三个部分：

• 度量(Metrics)：用于监控和报警；
• 分布式追踪(Tracing)：用于记录系统中所有的跟踪信息；
• 日志(Logging)：记录每个服务只能中离散的信息；

这三部分并不是独立开来的，例如 Metrics 可以监控 Tracing 、Logging 服务是否正常运行。Tacing 和 Metrics 服务在运行过程中会产生日志。

深入了解请戳爆你的屏幕

近年来，出现了 APM 系统，APM 称为 应用程序性能管理系统，可以进行 软件性能监视和性能分析。APM 是一种 Metrics，但是现在有融合 Tracing 的趋势。

回归正题，分布式追踪系统(Tracing)有什么用呢？这里可以以 Jaeger 举例，它可以：

• 分布式跟踪信息传递
• 分布式事务监控
• 服务依赖性分析
• 展示跨进程调用链
• 定位问题
• 性能优化

Jaeger 需要结合后端进行结果分析，jaeger 有个 Jaeger UI，但是功能并不多，因此还需要依赖 Metrics 框架从结果呈现中可视化，以及自定义监控、告警规则，所以很自然 Metrics 可能会把 Tracing 的事情也做了。

Dapper

Dapper 是 Google 内部使用的分布式链路追踪系统，并没