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什么是APM系统?APM的基本原理介绍

更新时间:2020年07月24日15时31分 来源:乐鱼播客 浏览次数:

　　自SpringCloud问世以来，微服务以席卷之势风靡全球，企业架构都在从传统SOA向微服务转型。然而微服务这把双刃剑在带来各种优势的同时，也给运维、性能监控、错误的排查带来的极大的困难。

　　在大型项目中，服务架构会包含数十乃至上百个服务节点。往往一次请求会设计到多个微服务，想要排查一次请求链路中经过了哪些节点，每个节点的执行情况如何，就称为了亟待解决的问题。于是分布式系统的APM管理系统应运而生。

　　什么是APM系统?

　　APM系统可以帮助理解系统行为、用于分析性能问题的工具，以便发生故障的时候，能够快速定位和解决问题，这就是APM系统，全称是(Application Performance Monitor)。

　　谷歌公开的论文提到的 Google Dapper可以说是最早的APM系统了，给google的开发者和运维团队帮了大忙，所以谷歌公开论文分享了Dapper。

　　而后，很多的技术公司基于这篇论文的原理，设计开发了很多出色的APM框架，例如Pinpoint、SkyWalking等。

　　而SpringCloud官网也集成了一套这样的系统：Spring Cloud Sleuth，结合Zipkin。

　　APM的基本原理

　　目前大部分的APM系统都是基于Google的Dapper原理实现，我们简单来看看Dapper中的概念和实现原理。

　　先来看一次请求调用示例：

　　1、服务集群中包括：前端(A)，两个中间层(B和C)，以及两个后端(D和E)

　　2、当用户发起一个请求时，首先到达前端A服务，然后A分别对B服务和C服务进行RPC调用;

　　3、B服务处理完给A做出响应，但是C服务还需要和后端的D服务和E服务交互之后再返还给A服务，最后由A服务来响应用户的请求;

APM系统01


　　如何才能实现跟踪呢?

　　Google的Dapper设计了下面的几个概念用来记录请求链路：

　　·Span：请求中的基本工作单元，每一次链路调用(RPC、Rest、数据库调用)都会创建一个Span。大概结构如下：

type Span struct {
    TraceID    int64 // 用于标示一次完整的请求id
    Name       string // 单元名称
    ID         int64 // 当前这次调用span_id
    ParentID   int64 // 上层服务的span_id,最上层服务parent_id为null，代表根服务
    Annotation []Annotation // 注释，用于记录调用中的详细信息，例如时间
}

　　·Trace：一次完整的调用链路，包含多个Span的树状结构，具有唯一的TraceID

　　一次请求的每个链路，通过spanId、parentId就能串联起来：

APM系统02

　　当然，从请求到服务器开始，服务器返回response结束，每个span存在相同的唯一标识trace_id。

　　APM的筛选标准

　　目前主流的APM框架都会包含下列几个组件来完成链路信息的收集和展示：

　　·探针(Agent)：负责在客户端程序运行时搜索服务调用链路信息，发送给收集器

　　·收集器(Collector)：负责将数据格式化，保存到存储器

　　·存储器(Storage)：保存数据

　　·UI界面(WebUI)：统计并展示收集到的信息

　　因此，要筛选一款合格的APM框架，就是对比各个组件的使用差异，主要对比项：

　　·探针的性能

　　主要是agent对服务的吞吐量、CPU和内存的影响。如果探针在收集微服务运行数据时，对微服务的运行产生了比较大的性能影响，相信没什么人愿意使用。

　　·collector的可扩展性

　　能够水平扩展以便支持大规模服务器集群，保证收集器的高可用特性。

　　·全面的调用链路数据分析

　　数据的分析要快 ，分析的维度尽可能多。跟踪系统能提供足够快的信息反�。涂梢远陨肪诚碌囊斐Ｗ纯鲎龀隹焖俜从�，最好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

　　即也作为业务组件，应当尽可能少入侵或者无入侵其他业务系统，对于使用方透明，减少开发人员的负担。

　　·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

　　接下来，我们就对比下目前比较常见的三种APM框架的各项指标，分别是：

　　·Zipkin：由Twitter公司开源，开放源代码分布式的跟踪系统，用于收集服务的定时数据，以解决微服务架构中的延迟问题，包括：数据的收集、存储、查找和展现。

　　·Pinpoint：一款对Java编写的大规模分布式系统的APM工具，由韩国人开源的分布式跟踪组件。

　　·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。

       三者对比如下：

APM系统03

　　可见，zipkin的探针性能、开发透明性、数据分析能力都不占优，实在是下下之选。

　　而pinpoint在数据分析能力、开发透明性上有较大的优势,不过Pinpoint的部署相对比较复杂，需要的硬件资源较高。

　　Skywalking的探针性能和开发透明性上具有较大优势，数据分析能力上也还不错，重要的是其部署比较方便灵活，比起Pinpoint更适合中小型企业使用。

　　因此，本文会带着大家学习Skywalking的使用。


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