day11-分布式日志与链路追踪

ddd_dhm

已于 2025-02-07 09:50:19 修改

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分类专栏：神领物流项目文章标签：分布式

于 2024-10-21 21:50:32 首次发布

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1、课程安排

了解什么是分布式日志
Graylog的部署安装
使用Graylog进行日志收集
Graylog的搜索语法
了解什么是链路追踪
Skywalking的基本使用
整合微服务使用Skywalking
将Skywalking整合到Docker中

2、背景说明

在微服务架构体系中，微服务上线后，有两个不容忽略的问题

一是日志该怎么存储、查看

二是如何在复杂的调用链中排查问题。

2.1、日志问题

在微服务架构下，微服务被拆分成多个微小的服务，每个微小的服务都部署在不同的服务器实例上，当我们定位问题，检索日志的时候需要依次登录每台服务器进行检索。

在每个服务器单独使用docker logs - f 查询该服务的日志

繁琐和效率低下，需要一个工具（分布式日志服务）来帮助集中收集、存储和搜索这些跟踪信息。

2.2、调用链问题

在微服务架构下，如何排查异常的微服务，需要对整个微服务的调用链有清晰的监控

通过skywalking可以查看微服务的调用链，就会比较容易的找出问题

面试点：linux查看日志使用命令

3、分布式日志

3.1、实现思路

分布式日志框架服务的实现思路基本是一致的，如下：

日志收集器：微服务中引入日志客户端，将记录的日志发送到日志服务端的收集器，然后以某种方式存储
数据存储：一般使用ElasticSearch分布式存储，把收集器收集到的日志格式化，然后存储到分布式存储中
web服务：利用ElasticSearch的统计搜索功能，实现日志查询和报表输出

比较知名的分布式日志服务包括：

ELK：elasticsearch、Logstash、Kibana
GrayLog

本课程主要是基于GrayLog讲解。

使用elk实现

logstash：从各种地方收集信息（mq，redis，数据库等等），根据条件进行过滤处理，输出到es中

es：所有日志存储在es中，对外提供搜索功能

kibana：通过可视化的方法对搜索es

缺点：服务框架过重，每个软件需要单独部署并且对应配置，成本太高

改进：使用GrayLog

3.2、为什么选择GrayLog？

业界比较知名的分布式日志服务解决方案是ELK，而我们今天要学习的是GrayLog。为什么呢？

ELK解决方案的问题：

不能处理多行日志，比如Mysql慢查询，Tomcat/Jetty应用的Java异常打印
不能保留原始日志，只能把原始日志分字段保存，这样搜索日志结果是一堆Json格式文本，无法阅读。
不符合正则表达式匹配的日志行，被全部丢弃。

GrayLog方案的优势：

一体化方案，安装方便，不像ELK有3个独立系统间的集成问题。

最重要的是轻量级，将所有软件一体化安装

采集原始日志，并可以事后再添加字段，比如http_status_code，response_time等等。
自己开发采集日志的脚本，并用curl/nc发送到Graylog Server，发送格式是自定义的GELF，Flunted和Logstash都有相应的输出GELF消息的插件。自己开发带来很大的自由度。实际上只需要用inotifywait监控日志的modify事件，并把日志的新增行用curl/netcat发送到Graylog Server就可。
搜索结果高亮显示，就像google一样。
搜索语法简单，比如： source:mongo AND reponse_time_ms:>5000，避免直接输入elasticsearch搜索json语法
搜索条件可以导出为elasticsearch的搜索json文本，方便直接开发调用elasticsearch rest api的搜索脚本。

3.3、GrayLog简介

GrayLog是一个轻量型的分布式日志管理平台

官网：https://www.graylog.org/

其基本框架如图：

流程如下：

微服务中的GrayLog客户端发送日志到GrayLog服务端
GrayLog把日志信息格式化，存储到Elasticsearch或MongoDB
可视化：客户端通过浏览器访问GrayLog，GrayLog访问Elasticsearch

这里MongoDB是用来存储GrayLog的配置信息的，这样搭建集群时，GrayLog的各节点可以共享配置。

3.4、部署安装

我们在虚拟机中选择使用Docker来安装。需要安装的包括：

MongoDB：用来存储GrayLog的配置信息
Elasticsearch：用来存储日志信息
GrayLog：GrayLog服务端

下面将通过docker的方式部署，镜像已经下载到101虚拟机中，部署脚本如下：

#部署Elasticsearch
docker run -d \
    --name elasticsearch \
    -e "ES_JAVA_OPTS=-Xms512m -Xmx512m" \
    -e "discovery.type=single-node" \
    -v es-data:/usr/share/elasticsearch/data \
    -v es-plugins:/usr/share/elasticsearch/plugins \
    --privileged \
    -p 9200:9200 \
    -p 9300:9300 \
elasticsearch:7.17.5
#部署MongoDB（使用之前部署的服务即可）
docker run -d \
--name mongodb \
-p 27017:27017 \
--restart=always \
-v mongodb:/data/db \
-e MONGO_INITDB_ROOT_USERNAME=sl \
-e MONGO_INITDB_ROOT_PASSWORD=123321 \
mongo:4.4
#部署
docker run \
--name graylog \
-p 9000:9000 \
-p 12201:12201/udp \
-e GRAYLOG_HTTP_EXTERNAL_URI=http://192.168.150.101:9000/ \
-e GRAYLOG_ELASTICSEARCH_HOSTS=http://192.168.150.101:9200/ \
-e GRAYLOG_ROOT_TIMEZONE="Asia/Shanghai"  \
-e GRAYLOG_WEB_ENDPOINT_URI="http://192.168.150.101:9000/:9000/api" \
-e GRAYLOG_PASSWORD_SECRET="somepasswordpepper" \
-e GRAYLOG_ROOT_PASSWORD_SHA2=8c6976e5b5410415bde908bd4dee15dfb167a9c873fc4bb8a81f6f2ab448a918 \
-e GRAYLOG_MONGODB_URI=mongodb://sl:123321@192.168.150.101:27017/admin \
-d \
graylog/graylog:4.3

命令解读：

端口信息：

- -p 9000:9000：GrayLog的http服务端口，9000
- -p 12201:12201/udp：GrayLog的GELF UDP协议端口，用于接收从微服务发来的日志信息

环境变量

- -e GRAYLOG_HTTP_EXTERNAL_URI：对外开放的ip和端口信息，这里用9000端口
- -e GRAYLOG_ELASTICSEARCH_HOSTS：GrayLog依赖于ES，这里指定ES的地址
- -e GRAYLOG_WEB_ENDPOINT_URI：对外开放的API地址
- -e GRAYLOG_PASSWORD_SECRET：密码加密的秘钥
- -e GRAYLOG_ROOT_PASSWORD_SHA2：密码加密后的密文。明文是admin，账户也是admin
- -e GRAYLOG_ROOT_TIMEZONE="Asia/Shanghai"：GrayLog容器内时区
- -e GRAYLOG_MONGODB_URI：指定MongoDB的链接信息（另外存储一些配置信息））

graylog/graylog:4.3：使用的镜像名称，版本为4.3

访问地址 http://192.168.150.101:9000/

通过 admin/admin登录

3.5、收集日志

3.5.1、配置Inputs

部署完成GrayLog后，需要配置Inputs才能接收微服务发来的日志数据。

第一步，在System菜单中选择Inputs：

第二步，在页面的下拉选框中，选择GELF UDP：

然后点击Launch new input按钮：

点击save保存：

可以看到，GELF UDP Inputs 保存成功。

3.5.2、集成微服务

现在，GrayLog的服务端日志收集器已经准备好，我们还需要在项目中添加GrayLog的客户端，将项目日志发送到GrayLog服务中，保存到ElasticSearch。

基本步骤如下：

引入GrayLog客户端依赖
配置Logback，集成GrayLog的Appender
启动并测试

这里，我们以work微服务为例，其他的类似。

导入依赖：

<dependency>
<groupId>biz.paluch.logging</groupId>
<artifactId>logstash-gelf</artifactId>
<version>1.15.0</version>
</dependency>

配置logback-spring.xml，在配置文件中增加 GELF的appender：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!--scan: 当此属性设置为true时，配置文件如果发生改变，将会被重新加载，默认值为true。-->
<!--scanPeriod: 设置监测配置文件是否有修改的时间间隔，如果没有给出时间单位，默认单位是毫秒。当scan为true时，此属性生效。默认的时间间隔为1分钟。-->
<!--debug: 当此属性设置为true时，将打印出logback内部日志信息，实时查看logback运行状态。默认值为false。-->
<configuration debug="false" scan="false" scanPeriod="60 seconds">
    <springProperty scope="context" name="appName" source="spring.application.name"/>
    <!--文件名-->
    <property name="logback.appname" value="${appName}"/>
    <!--文件位置-->
    <property name="logback.logdir" value="/data/logs"/>

    <!-- 定义控制台输出 -->
    <appender name="stdout" class="ch.qos.logback.core.ConsoleAppender">
        <layout class="ch.qos.logback.classic.PatternLayout">
            <pattern>%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS} - [%thread] - %-5level - %logger{50} - %msg%n</pattern>
        </layout>
    </appender>

    <!-- 定义文件输出 -->
    <appender name="FILE" class="ch.qos.logback.core.rolling.RollingFileAppender">
        <filter class="ch.qos.logback.classic.filter.ThresholdFilter">
            <level>DEBUG</level>
        </filter>
        <File>${logback.logdir}/${logback.appname}/${logback.appname}.log</File>
        <rollingPolicy class="ch.qos.logback.core.rolling.TimeBasedRollingPolicy">
            <FileNamePattern>${logback.logdir}/${logback.appname}/${logback.appname}.%d{yyyy-MM-dd}.log.zip</FileNamePattern>
            <maxHistory>90</maxHistory>
        </rollingPolicy>
        <encoder>
            <charset>UTF-8</charset>
            <pattern>%d [%thread] %-5level %logger{36} %line - %msg%n</pattern>
        </encoder>
    </appender>

    <appender name="GELF" class="biz.paluch.logging.gelf.logback.GelfLogbackAppender">
        <!--GrayLog服务地址-->
        <host>udp:192.168.150.101</host>
        <!--GrayLog服务端口-->
        <port>12201</port>
        <version>1.1</version>
        <!--当前服务名称-->
        <facility>${appName}</facility>
        <extractStackTrace>true</extractStackTrace>
        <filterStackTrace>true</filterStackTrace>
        <mdcProfiling>true</mdcProfiling>
        <timestampPattern>yyyy-MM-dd HH:mm:ss,SSS</timestampPattern>
        <maximumMessageSize>8192</maximumMessageSize>
    </appender>

    <!--evel:用来设置打印级别，大小写无关：TRACE, DEBUG, INFO, WARN, ERROR, ALL 和 OFF，-->
    <!--不能设置为INHERITED或者同义词NULL。默认是DEBUG。-->
    <root level="INFO">
        <appender-ref ref="stdout"/>
        <appender-ref ref="GELF"/>
    </root>
</configuration>

开启该输出选项

swagger调用com.sl.ms.work.controller.TransportOrderController#findStatusCount()方法

在GrayLog中search进行查看

3.6、日志回收策略(看）

到此graylog的基础配置就算完成了，已经可以收到日志数据。

但是在实际工作中，服务日志会非常多，这么多的日志，如果不进行存储限制，那么不久就会占满磁盘，查询变慢等等，而且过久的历史日志对于实际工作中的有效性也会很低。

Graylog则自身集成了日志数据限制的配置，可以通过如下进行设置：

选择Default index set的Edit按钮：

GrayLog有3种日志回收限制，触发以后就会开始回收空间，删除索引：

分别是：

Index Message Count：按照日志数量统计，默认超过20000000条日志开始清理

- 我们测试时，设置100000即可

Index Size：按照日志大小统计，默认超过1GB开始清理
Index Time：按照日志日期清理，默认日志存储1天

3.7、搜索语法

在search页面，可以完成基本的日志搜索功能：

3.7.1、搜索语法

搜索语法非常简单，输入关键字或指定字段进行搜索：

#不指定字段，默认从message字段查询
输入：undo
#输入两个关键字，关系为or
undo 统计
#加引号是需要完整匹配
"undo 统计"
#指定字段查询，level表示日志级别，ERROR（3）、WARNING（4）、NOTICE（5）、INFO（6）、DEBUG（7）
level: 6
#或条件
level:(6 OR 7) 不能写为小写or

更多查询官网文档：https://docs.graylog.org/docs/query-language

3.7.2、自定义展示字段

效果如下：

面试点：linux查看日志使用命令

面试：elk中怎么看日志，都显示的什么内容

面试：在什么情况下打印日志

1报错，抛出错误的地方

2重要方法的开头部分

3重要方法的每一个大的步骤结束后后打印日志（一个重要方法函数的代码很长）

方便debug

3.8、日志统计仪表盘

GrayLog支持把日志按照自己需要的方式形成统计报表，并把许多报表组合一起，形成DashBoard（仪表盘），方便对日志统计分析。

3.8.1、创建仪表盘

可以设置各种指标：

3.8.2、添加其他服务的日志

此处以transport-info为例子

1 pom文件添加依赖（重新加载到maven），2 重写logback-spring文件，3 启动该服务

官方给出的效果：

4、链路追踪

4.1、APM

4.1.1、什么是APM

微服务架构

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

APM系统：发生故障的时候，能够快速定位和解决问题

全称是（Application Performance Monitor，当然也有叫 Application Performance Management tools）

面试点：接口性能调优，调用链过长怎么排查

以下为一次完整的链路

一些概念

trace（链路），有id标识，上图全部为一个链路

服务a到b为一个工作单元span，其中包含一些调用信息（接口名称，时间，日志和异常）

parentId：谁调用的

一个Span的基本数据结构：

type Span struct {
    TraceID    int64 // 用于标示一次完整的请求id
    Name       string //名称
    ID         int64 // 当前这次调用span_id
    ParentID   int64 // 上层服务的调用span_id  最上层服务parent_id为null，代表根服务root
    Annotation []Annotation // 记录性能等数据
    Debug      bool
}

一次请求的每个链路，通过spanId、parentId就能串联起来：

通过链路id进行查询，根据父id知道调用关系（走过什么微服务，多少调用时间，问题定位，不同微服务之间的调用关系）

另：

探针：负责在客户端程序运行时收集服务调用链路信息，发送给收集器
收集器：负责将数据格式化，保存到存储器
存储器：保存数据
UI界面：统计并展示

4.1.3、技术选型

Skywalking：国产的优秀APM组件，是一个对JAVA分布式应用程序集群的业务运行情况进行追踪、告警和分析的系统。现在是Apache的顶级项目之一。

探针的性能
主要是agent对服务的吞吐量、CPU和内存的影响。微服务的规模和动态性使得数据收集的成本大幅度提高。

探针：采集数据。项目启动时，jar包先启动，动态修改项目jvm中的程序。这里可以获取项目中一些类的信息

collector的可扩展性
能够水平扩展以便支持大规模服务器集群。
全面的调用链路数据分析
提供代码级别的可见性以便轻松定位失败点和瓶颈。
对于开发透明，容易开关
添加新功能而无需修改代码，容易启用或者禁用。
完整的调用链应用拓扑
自动检测应用拓扑，帮助你搞清楚应用的架构

4.2、Skywalking简介

SkyWalking创建与2015年，提供分布式追踪功能，是一个功能完备的APM系统。

官网地址：Apache SkyWalking

主要的特征：

多语言探针或类库
- Java自动探针，追踪和监控程序时，不需要修改源码。
- 社区提供的其他多语言探针
  - Node.js
  - .NET Core
多种后端存储： ElasticSearch， H2
支持OpenTracing

Java自动探针支持和OpenTracing API协同工作
轻量级、完善功能的后端聚合和分析
现代化Web UI
日志集成
应用、实例和服务的告警

官方架构图：

大致分四个部分：

skywalking-oap-server（服务端）：就是Observability Analysis Platform的服务，用来收集和处理探针发来的数据
skywalking-UI（前端，查看页面）：就是skywalking提供的Web UI 服务，图形化方式展示服务链路、拓扑图、trace、性能监控等
agent：探针，获取服务调用的链路信息、性能信息，发送到skywalking的OAP服务
Storage：存储，一般选择elasticsearch

因此我们安装部署也从这四个方面入手，目前elasticsearch已经安装完成，只需要部署其他3个即可。

4.3、部署安装

通过docker部署，需要部署两部分，分别是skywalking-oap-server和skywalking-UI。

#oap服务，需要指定Elasticsearch以及链接信息
docker run -d \
-e TZ=Asia/Shanghai \
--name oap \
-p 12800:12800 \
-p 11800:11800 \
-e SW_STORAGE=elasticsearch \
-e SW_STORAGE_ES_CLUSTER_NODES=192.168.150.101:9200 \
apache/skywalking-oap-server:9.1.0
#部署ui，需要指定oap服务
docker run -d \
--name oap-ui \
-p 48080:8080 \
-e TZ=Asia/Shanghai \
-e SW_OAP_ADDRESS=http://192.168.150.101:12800 \
apache/skywalking-ui:9.1.0

启动成功后，访问地址http://192.168.150.101:48080/，即可查看skywalking的ui界面。

4.4、微服务探针

现在，Skywalking的服务端已经启动完成，我们还需要在微服务中加入服务探针，来收集数据。

将skywalking-agent解压到非中文目录。

在微服务中设置启动参数，以work微服务为例：

输入如下内容：

jar包改为自己存储的位置

D:\JavaDevelop\HM-TMS-V13\skywalking-agent\skywalking-agent.jar

命名规则：ms：：微服务名称

-javaagent:F:\code\sl-express\docs\resources\skywalking-agent\skywalking-agent.jar
-Dskywalking.agent.service_name=ms::sl-express-ms-work
-Dskywalking.collector.backend_service=192.168.150.101:11800

参数说明：

javaagent：将skywalking-agent以代理的方式整合到微服务中
skywalking.agent.service_name：指定服务名称，格式：[{logic name}
skywalking.collector.backend_service：指定oap服务，注意端口要走11800

1 carriage

2 web-manager

设置完成后，重新启动work微服务，多请求几次接口，即可自oap-ui中看到数据。

查看链路（调用数据）：

性能调优：经过上图后发现，时feign的接口远程调用花费的时间多，故可以考虑在此优化

服务关系拓扑图Topology（调用关系）：

4.5、整合到docker服务

前面的测试是在本地测试，如何将SkyWalking整合到docker服务中呢？

这里以sl-express-ms-web-courier为例，其他的服务类似。

第一步，修改Dockerfile文件

#FROM openjdk:11-jdk
#修改为基于整合了skywalking的镜像，其他的不需要动
FROM apache/skywalking-java-agent:8.11.0-java11
LABEL maintainer="研究院研发组 <research@itcast.cn>"
 
# 时区修改为东八区
ENV TZ=Asia/Shanghai
RUN ln -snf /usr/share/zoneinfo/$TZ /etc/localtime && echo $TZ > /etc/timezone
 
WORKDIR /app
ARG JAR_FILE=target/*.jar
ADD ${JAR_FILE} app.jar
EXPOSE 8080
ENTRYPOINT ["sh","-c","java -Djava.security.egd=file:/dev/./urandom -jar $JAVA_OPTS app.jar"]

推送到git中