SkyWalking之APM無侵入可觀測原理分析

一、簡介（為什么需要用到可觀測能力）

????????隨著微服務的開發模式的興起，早期的單體架構系統已拆分為很多的子系統，各個子系統封裝為微服務，各服務間通過HTTP協議RESET API或者RPC協議進行調用。

? ? ? ? 在單體服務或者微服務較少的情況下，當我們遇到問題時可以直接簡單、快速地通過日志進行分析，并迅速判斷是A服務還是B服務存在問題，以此快速恢復服務。

????????但是，在大型企業中，系統數量已經到達了幾十個、甚至上百個，每個系統都有不同的架構和調用協議，那么此時這些系統之間的調用關系會變得錯綜復雜。當某個API接口的業務邏輯很復雜、且調用鏈路很長，涉及的系統或微服務較多，一旦其中一環出現問題，想要快速定位問題和解決問題那就太難了，如果還是按照早期一一查看日志的方式進行排查，無疑對運維和開發人員是一場噩夢.....

????????那么有什么方式能夠做到快速定位和分析，并且在應用不改造的情況下實施呢？此時就需要一套APM(應用性能管理（Application Performance Management）)系統，將我們業務開發與運維制定的規范嵌入APM系統，在可視化UI面板+告警快速地，通過服務調用鏈的拓撲圖進行問題定位。

????????APM系統開源的其實有很多產品，例如韓國主導的Pinpoint、大眾點評的CAT、推特的ZipKin、CNCF的Jaeger以及本文重點介紹的Apache SkyWalking. 感興趣的同學都可以一一了解和使用。

????????APM重點關注三個指標數據: 1、Metrics ?2、Logging ?3、Tracing

????????Peter Bourgon在參加完2017 Distributed Tracing Summit后發表的一篇博文，簡潔扼要地介紹了指標（Metrics）、鏈路（Tracing）、日志（Logging）三者的定義和關系。這三種數據在可觀察性中都有各自的發揮空間，但每種數據都沒辦法完全被其他數據代替。

????????我們從一個典型的服務問題排查過程來看：

通過各式各樣的預設報警發現異常（通常是Metrics/Logging）
打開監控大盤查找異常的曲線，并通過查詢找到異常的模塊（Metrics）
對這個模塊以及關聯日志進行查詢分析，找到核心的報錯信息（Logging）
通過詳細的調用鏈數據定位到引起問題的代碼（Tracing）

二、SkyWalking

????????SkyWalking 由中國華為和 Apache 開源社區共同開發，目前已成為 Apache 基金會下的頂級項目之一，作者吳晟。

????????SkyWalking 是基于 Apache 開源生態的分布式應用性能監控系統。它提供了面向云原生架構的 APM（Application Performance Management）解決方案，支持多種語言的應用和多種方式的部署，具有以下特點：

????????分布式追蹤：支持多種語言、多種協議的應用追蹤，可獲取全鏈路的請求數據。

????????應用拓撲圖：根據追蹤數據自動生成應用程序拓撲，便于系統管理員快速定位故障。

????????監控告警：具有豐富的監控指標和告警規則，支持第三方告警接口。

????????插件化體系：可通過插件模塊實現對不同類型服務的監控和數據收集。

2.1 無侵入式說明

????????SkyWalking Agent采集調用鏈信息的客戶端對業務是無感的、非侵入式的。那也就意味著，你的項目代碼無須修改一行代碼就能加入SkyWalking的采集、監控、調用鏈追蹤。

? ? ? ? 原始項目接入SkyWalking很輕松、門檻很低。底層大概得原理是：JAVA本身就提供JAVAAGENT的機制以及采用動態修改字節碼技術的方式，Agent在JVM底層幫我們把調用鏈采集上報的過程透明化了，開發人員作為業務層寫代碼是無感的。

? ? ? ? 注意：無侵入方式實現

應用服務器中需要安裝SkyWalking-agent.jar
應用需要重啟，并且在啟動參數中添加相關配置，在后面案例中會提供詳細的參

接下來我會使用入門案例做個簡單初步分析和驗證.

三、案例驗證（使用JAVA：SpringBoot工程+PHP）

3.1?安裝SkyWalking的OAP系統安裝包

下載:? SkyWalking的OAP壓縮包

下載頁面:?Downloads | Apache SkyWalking

3.2 上傳下載好的OAP的tar包

3.3?運行OAP

1、解壓 apache-skywalking-apm-9.7.0.tar.gz

tar -zxvf apache-skywalking-apm-9.7.0.tar.gz

2、進入 apache-skywalking-apm-bin

3、在啟動OAP之前需要確定機器上是否安裝JDK

注意SkyWalking新版安裝包需要JDK11以上，否則無法啟動

Linux 上安裝及卸載JDK（包含yum方式）-CSDN博客

Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedClassVersionError: org/apache/skywalking/oap/server/starter/OAPServerStartUp has been compiled by a more recent version of the Java Runtime (class file version 55.0), this version of the Java Runtime only recognizes class file versions up to 52.0

該錯誤告訴我們，我們的類是在比嘗試運行它的版本更高的Java版本下編譯的。更具體地說，在這種情況下，我們使用Java 11編譯了我們的類，并嘗試使用Java 8運行它。

作為參考，讓我們快速看一下Java版本號。 如果我們需要下載適當的Java版本，這將很方便。主版本號和次版本號存儲在類字節碼中的字節六和七中。讓我們看看主要版本號如何映射到Java版本：45 = Java 1.146 = Java 1.247 = Java 1.348 = Java 1.449 = Java 550 = Java 651 = Java 752 = Java 853 = Java 954 = Java 1055 = Java 1156 = Java 1257 = Java 13

4、進入bin目錄有啟動腳本，我們先啟動oapService.sh(服務端)、再啟動webappService.sh(UI客戶端)

sh oapService.sh 
sh webappService.sh

5、啟動完畢，執行jps程序查看進程有沒有正常拉起來

如果JPS無法使用，則參考linux環境下JPS命令未找到-CSDN博客

6、正常會出現上面兩個進程，如果沒有拉起來在logs目錄可以查看錯誤信息進行排查，如無問題則繼續往下

7、訪問SkyWalking 8080 UI界面，默認端口8080

http://$ip:8080

???????目前剛開始服務列表這些是空的， SkyWalking支持多種數據存儲介質例如默認內存、MySQL、ES等等，一般生產環境使用ES集群進行存儲，我們測試直接不用改什么配置，默認采用內存的形式。那就意味著如果服務重啟，則之前的測試數據會丟失。

3.4?Trace調用鏈追蹤的基本原理介紹

? ? ? ?Trace調用鏈追蹤，例如A->B->C->D ?存在4個微服務的調用鏈關系。假設我們通過HTTP協議進行交互，該怎么把調用鏈信息拿到呢??

? ? ? ? Google的Dapper論文中提到了一種分布式調用鏈追蹤的實現方式, 市面上的APM系統調用鏈追蹤大部分是參考這篇論文實現的。每個調用鏈可以使用TraceId進行標識，每個服務被調用稱為一個Span會伴隨一個SpanId, 每當父服務調用子服務的時候會將TraceId以及父層的SpanId往子服務傳遞，子服務收到后，記錄父層傳遞的SpanId作為自己Span的父id, ?最后2個服務都會把調用信息上報到APM的服務端，例如SkyWalking的某個端口。

? ? ? ? 最后SkyWalking因為采集到了這些Span的信息，Span信息記錄著父子關系、調用時間信息、TraceId等等，經過UI繪制，就能把這一次調用的TraceId的所有Span進行串聯，最終形成調用鏈拓撲圖。

? ? ? ? 接下來我們部署一個SpringBoot項目和一個PHP項目，很簡單的鏈路，SpringBoot調用PHP項目的HTTP接口，我們來看下SkyWalking的UI界面以及分析原理驗證。

3.5?運行項目
? ? ? ? 我本地搭建了一套SpringBoot項目，但是如果只是簡單運行，那肯定和我們的SkyWalking還沒進行結合。那怎么結合起來呢? ?那就是通過運行的時候，設置參數，和SkyWalking Agent進行結合。

????????我們上面提到過，使用SkyWalking Agent最大的好處就是【無代碼侵入】，那也就是意味著我們的源代碼無須做任何變更，只需要在運行java -jar JAR包的時候額外加入一下參數即可:

? ? ? 下載Agent：

下載后進行解壓，我將使用兩種方式驗證；

本地IDEA運行和Linux環境下運行，但注意運行需要同時配置JVM啟動參數

# skywalking‐agent.jar的本地磁盤的路徑
-javaagent:F:\Apache\skywalking-agent\skywalking-agent.jar
# 在skywalking上顯示的服務名
-Dskywalking.agent.service_name=SkyWalking-Test
# skywalking的collector服務的IP及端口
-Dskywalking.collector.backend_service=192.168.20.128:11800

本地IDEA運行SpringBoot工程

?????????????????????

訪問接口，即可在UI界面上展示信息

服務列表信息

查看調用service調用拓撲圖

查看調用鏈詳細信息

Linux上運行

通過官網Tar包，啟動一直報錯

啟動命令：
java -javaagent:/user/local/skywalking-agent/skywalking-agent.jar -Dskywalking.agent.service_name=TestDemo-Adaptee -Dskywalking.collector.backend_service=[IP]:11800 -jar /user/local/TestDemo-Adaptee-0.0.1-SNAPSHOT.jar錯誤：
Error opening zip file or JAR manifest missing : /user/local/skywalking-agent/skywalking-agent.jar
Error occurred during initialization of VM
agent library failed to init: instrument

官網Tar包下載地址：???????Index of /skywalking/java-agent

下載Agent包：
wget https://dlcdn.apache.org/skywalking/java-agent/9.0.0/apache-skywalking-java-agent-9.0.0.tgz解壓：
tar -zxvf apache-skywalking-java-agent-9.0.0.tgz

博主解壓完后出現兩個文件：tgz.1和skywalking-agent文件夾

需要再次解壓tgz.1壓縮包

解壓：
tar -zxvf apache-skywalking-java-agent-9.0.0.tgz

啟動

執行上面啟動命令后即可

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