CN110730246A

CN110730246A - 一种微服务架构下的分布式链路跟踪方法

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Publication number: CN110730246A
Application number: CN201911012253.XA
Authority: CN
Inventors: 蔡文勇; 王和建; 邢东海
Original assignee: Home Interactive (xiamen) Network Technology Co Ltd
Current assignee: Home Interactive (xiamen) Network Technology Co Ltd
Priority date: 2019-10-23
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2020-01-24

Abstract

本发明属于计算机技术领域，更具体地，涉及一种微服务架构下的分布式链路跟踪方法。该分布式跟踪方法在调用者发起请求时先进行跟踪概率计算，根据计算结果判断是否进行跟踪，如果进行跟踪，则记录每个链路调用信息，生成一个完整的跟踪路线。本发明能够高效可靠的记录错误请求，并快速定位异常服务与异常原因，实时查看各个服务处理请求的耗时情况，能够生成请求依赖拓扑图，展示请求调用链，找出链路上多余的依赖调用。本发明能够高性能、低入侵的实现分布式服务间的链路调用跟踪，统计服务调用频率、评估服务性能容量。

Description

一种微服务架构下的分布式链路跟踪方法

技术领域

本发明属于计算机技术领域，更具体地，涉及一种微服务架构下的分布式链路跟踪方法。

背景技术

随着微服务架构的流行，各个服务被解耦拆分的更加细致，一次请求往往需要涉及到多个服务的执行结果。而且这些服务可能是由不同的团队使用不同的编程语言来实现，并且部署在多台服务器，横跨多个不同数据中心，这些使得分布式系统变得日趋庞大与复杂。因此，当需要对系统性能、容量、调用依赖进行分析时，将会变得异常困难，同时，一旦客户端发起的请求失败，也很难定位到具体哪个服务出现问题。

传统的解决方案为：通过介入各服务所在的服务器，通过肉眼观测压测时当前服务器性能指标；通过海量日志分析，进行问题定位。然而，这种方案存在以下几个缺陷：

1.需要多个部门同时配合，协调工作难度大；

2.问题定位需要从源头一个服务一个服务往下分析，耗时耗力。

发明内容

针对现有技术方案存在的不足之处，本发明提出了一种微服务结构下的分布式链路跟踪方法，该分布式跟踪方法在调用者发起请求时先进行跟踪概率计算，根据计算结果判断是否进行跟踪，如果进行跟踪，则记录每个链路调用信息，生成一个完整的跟踪路线。

本发明采用如下技术方案：

一种微服务架构下的分布式链路跟踪方法，包括以下步骤，

S1：调用者发起请求；

S2：计算跟踪概率，判断是否跟踪本次请求，若不跟踪则直接发送请求，否则转到步骤S3；

S3：构造链路上下文信息，生成一个全局唯一的trace id，通过trace id串联整个调用链；设置parent id为0，生成一个全局唯一的span id，作为调用链入口；

S4：记录链路调用信息；

S5：构造协议消息，将trace id与span id设置到私有协议的消息头部并开启协议的链路跟踪开关，记录发送时间戳；

S6：请求下游服务；

S7：下游子系统接收到请求消息；

S8：下游子系统取得该次请求附带的trace id以及span id，并将附带span id作为parent id记录下，并生成自己的span id，构造链路上下文信息；

S9：下游子系统记录链路调用信息；

S10：下游子系统处理请求，如果还需要请求其他下游子系统服务，则转到步骤S5，否则日志输出链路调用信息并返回。

本技术方案进一步的优化，还包括步骤S11,所有请求执行完毕，进行日志采集、清洗、分析、聚合并存储，并进行查询展示。

本技术方案进一步的优化，所述步骤S2中不跟踪则直接发送请求，请求失败进行链路回溯。

本技术方案更进一步的优化，所述链路回溯包括以下步骤，失败节点生成traceid，并生成parent id与span id，通过将trace id与parent id设置到响应消息头部回传至上游节点；上游节点获取附带的trace id与parent id，并将附带parent id设置为自己的span id，重新生成parent id，再将trace id与parent id回传至上游节点；直至抵达根节点，获取附带的trace id与parent id，并将附带parent id设置为自己的span id，并将parent id设为0，并日志输出链路调用信息。

本技术方案进一步的优化，所述步骤S3中trace id和parent id采用snowflake算法生成。

本技术方案进一步的优化，所述步骤S5，通过设定私有协议消息头部字段，通过链路跟踪上下文信息，串联整条链路。

本技术方案进一步的优化，所述链路调用信息包括主调服务名、主调服务地址、被调服务名、被调服务地址、被调接口名、调用事件以及其他自定义标签中的一种或者多种。

本技术方案进一步的优化，所述步骤S8中采用snowflake算法生成span id。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:

1.本发明能够高效可靠的记录错误请求，并快速定位异常服务与异常原因；

2.本发明能够实时查看各个服务处理请求的耗时情况；

3.本发明能够生成请求依赖拓扑图，展示请求调用链，找出链路上多余的依赖调用；

4.本发明能够高性能、低入侵的实现分布式服务间的链路调用跟踪；

5.本发明能够统计服务调用频率、评估服务性能容量。

附图说明

图1是分布式链路跟踪方法流程图；

图2是分布式链路跟踪方法示例图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

参阅图1所示，本发明优选一实施例的一种微服务架构下的分布式链路跟踪方法流程图，包括以下步骤：

S1：调用者发起请求。

S2：计算跟踪概率，判断是否跟踪本次请求，如果不跟踪则直接发送请求，否则转到步骤S3。

跟踪概率的计算方法如下：根据程序启动时设定的跟踪概率参数值，并调用随机数生成函数随机生成特定范围的一个随机数，通过判断该随机数是否落于跟踪概率内决定是否对该次请求进行链路跟踪。假如概率为1/1000，即发送1000个请求只跟踪其中一个请求，调用随机数生成函数随机生成1到1000内的一个随机数，如果该随机数为1，则进行链路跟踪，其他数字则不进行跟踪。通过使跟踪概率可控化，可以大大提供程序的灵活性：当程序处于调试阶段，调大跟踪频率，可以更快更准确的复现bug；当程序处于上线阶段，调小跟踪频率，可以大大减轻网络带宽消耗以及对后端存储的占用，提高系统整体性能。

通过预设跟踪采样概率，提高链路跟踪性能。概率越小，则更多请求无需进行跟踪；程序本身可以节省更多的计算消耗，同时更多请求不再需要传递跟踪信息，如trace id与span id，节省网络资源。

S3：构造链路上下文信息，利用snowflake算法生成一个全局唯一的trace id，通过trace id串联整个调用链；设置parent id为0，利用snowflake算法生成一个全局唯一的span id，作为调用链入口。

一个请求产生一条调用链，一个trace id唯一标记一条调用链。一条调用链上存在多个节点，一个服务器相当于一个节点，一个span id唯一标识该次链路上的一个节点。

S4：记录链路调用信息，包括主调服务名、主调服务地址、被调服务名、被调服务地址、被调接口名、调用事件以及其他自定义标签。

S5：构造协议消息，将trace id与span id设置到私有协议的消息头部并开启协议的链路跟踪开关，记录发送时间戳。

S6：请求下游服务。

S7：下游子系统接收到请求消息。

S8：下游子系统取得该次请求附带的trace id以及span id，并将附带span id作为parent id记录下，并利用snowflake算法生成自己的span id，构造链路上下文信息。

S9：下游子系统记录链路调用信息。

S10：下游子系统处理请求，是否需要请求其他下游子系统服务，如果是则转到步骤S5，否则日志输出链路调用信息并返回。

S11：所有请求执行完毕，进行日志采集、清洗、分析、聚合并持久化，提供可视化UI进行查询展示。

需要说明的是该实施例采用snowflake算法生成变量，本领域技术人员可知，还可采用其他算法生成，例如

1.利用数据库主键自增方法生成

优点：简单；ID递增。

缺点：并发量低；水平扩展难；安全系数低。

2.利用redis incrby方法生成

优点：性能高；ID递增。

缺点：水平扩展难；ID会重复；易破解。

3.利用uuid方法生成

优点：本地生成，性能好，无网络消耗；全局唯一；

缺点：通常是字符串，非自增，无序，不利于做主键；存储麻烦；不安全。

4.利用snowflake方法生成

优点：趋势递增；依赖小，性能高；不易破解。

缺点：依赖机器时间，存在重复风险。

该实施例的步骤S5中，私有协议的消息头部不仅包括trace id与span id，私有协议消息头部字段通过链路跟踪上下文信息，串联整条链路。

若没有进行采样的请求发生错误，则会进行反向回溯生成链路。发起一个请求，是否对该次请求进行跟踪，由初始节点决定，初始节点根据跟踪概率，确定对这次请求进行跟踪，则后续下游服务均需要跟踪；若初始节点确定对这次请求不进行跟踪，则后续下游服务均不进行跟踪。当初始节点确定对这次请求不进行跟踪，但在服务调用过程中，中间服务节点调用超时，则需要进行链路回溯：即逆向生成调用信息并输出。

需要说明的是，步骤S2进行概率判断，是否进行链路跟踪，当不进行链路跟踪时，直接请求下游子服务，如果请求超时，则请求失败时，则进行链路回溯。具体链路回溯过程如下：

失败节点生成trace id，并生成parent id与span id，通过将trace id与parentid设置到响应消息头部回传至上游节点；上游节点获取附带的trace id与parent id，并将附带parent id设置为自己的span id，利用snowflake算法重新生成parent id，再将traceid与parent id回传至上游节点；直至抵达根节点，获取附带的trace id与parent id，并将附带parent id设置为自己的span id，并将parent id设为0，并日志输出链路调用信息。

参阅图2所示，为微服务架构下的分布式链路跟踪方法示例图。该方法记录每次请求的发起点时间戳t1与响应点时间戳t6，通过计算t6-t1的值，即可计算出每次请求所消耗的时长。trace id全局唯一标识一条链路，链路中每个节点的span id均全局唯一，这样即可实现跟踪一个节点请求多个下游子服务的情况。parent id为0的节点为根节点，以此与普通节点进行区别；普通节点的parent id为上游节点的span id，以此串联整个链路。

本发明通过在发送请求时埋点、通过私有协议通过链路上下文的方式，能够实时的定位故障节点以及错误原因，可视化UI可展示调用链过程，极大的方便了对分布式系统的优化与分析。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims

1.一种微服务架构下的分布式链路跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1：调用者发起请求；

S4：记录链路调用信息；

S6：请求下游服务；

S7：下游子系统接收到请求消息；

S8：下游子系统取得该次请求附带的trace id以及spanid，并将附带span id作为parent id记录下，并生成自己的span id，构造链路上下文信息；

S9：下游子系统记录链路调用信息；

2.如权利要求1所述的微服务架构下的分布式链路跟踪方法，其特征在于：还包括步骤S11,所有请求执行完毕，进行日志采集、清洗、分析、聚合并存储，并进行查询展示。

3.如权利要求1所述的微服务架构下的分布式链路跟踪方法，其特征在于：所述步骤S2中不跟踪则直接发送请求，请求失败进行链路回溯。

4.如权利要求3所述的微服务架构下的分布式链路跟踪方法，其特征在于：所述链路回溯包括以下步骤，失败节点生成trace id，并生成parent id与span id，通过将trace id与parent id设置到响应消息头部回传至上游节点；上游节点获取附带的trace id与parentid，并将附带parent id设置为自己的span id，重新生成parent id，再将trace id与parent id回传至上游节点；直至抵达根节点，获取附带的trace id与parent id，并将附带parent id设置为自己的span id，并将parent id设为0，并日志输出链路调用信息。

5.如权利要求1所述的微服务架构下的分布式链路跟踪方法，其特征在于：所述步骤S3中trace id和parent id采用snowflake算法生成。

6.如权利要求1所述的微服务架构下的分布式链路跟踪方法，其特征在于：所述步骤S5，通过设定私有协议消息头部字段，通过链路跟踪上下文信息，串联整条链路。

7.如权利要求1所述的微服务架构下的分布式链路跟踪方法，其特征在于：所述链路调用信息包括主调服务名、主调服务地址、被调服务名、被调服务地址、被调接口名、调用事件以及其他自定义标签中的一种或者多种。

8.如权利要求1所述的微服务架构下的分布式链路跟踪方法，其特征在于：所述步骤S8中采用snowflake算法生成span id。