微服务治理平台化探索
一、摘要
好大夫在线已经收录了超过69万医生信息，其中有24万医生在平台上实名注册，服务用户累计6700万。随着业务快速发展，伴随而来的系统复杂性和多样性也越来越多，我们发现原先的服务架构已经跟不上业务的迭代速度了。All-in-one发版时间过长，服务耦合在一起，一出问题很容易波及全站。2018年公司开始推进微服务拆分，由php转向java，前端开始转型node，迎来了服务快速增长的阶段，目前我们有350多个微服务，每隔几周会上线一个新服务。随着服务的逐渐增多，我们发现编织的微服务大网越来越大，面临微服务治理的挑战也越来越多。微服务治理包含范围非常广，主要有服务发现，服务注册，服务编排，服务配置，服务网关，服务监控预警，日志分析等等等等。其中遇到问题最多的是围绕服务的稳定性和可用性，比如如何快速定位问题和评估影响范围。接下来就针对服务的稳定性和可用性聊一下我们的应对措施，主要是日志分析和应用画像平台化。
二、聚焦微服务治理痛点
主要从应用，中间件的稳定性和可用性两个方面分析。解决方案：构建平台，包括日志全息分析、实时告警，应用画像、配置管理。随着业务日趋复杂，All-in-one笨重的系统很难适应敏捷开发的节奏，应用按不同的维度进行微服务架构拆分成为趋势。然而庞杂的业务系统由不同语言开发，不同团队维护，微服务治理也迅速带来新的挑战。
曾经的痛
曾几何时，几个人关在“小黑屋”排查问题的场景历历在目。记得2019年初夏，一个周五，马上就要欢度周末了，临近下班的时候，有用户反馈支付失败，紧接着越来越多的用户开始投诉，医患交流失败，很多方向的业务开发围到系统组，我们如临大敌，大家一起找个会议室排查问题。一开始我们觉得是网络抖动，因为出问题就在那一分钟内，有接口超时，有接口失败。各种查登录机器，各种猜测，最后定位到一台mq节点内存有波动，导致部分生产者被夯住。最后发现是是新加的一台mq没有切割日志，导致程序内存使用过高。从开始排查问题到最后定位出问题，足足花了一晚上。这种痛只有经历过才知道，也促进我们成长，这就是所谓成长总是痛苦的。我们开始整合中间件日志，让应用和中间件产生联动。诸如此类的还有很多很多。
我们面临的问题到底是什么
如何快速定位故障？告警事件爆炸，如何判断业务方异常，还是中间件异常，亦或是某个机器异常？
如何追踪调用链路？一条调用链路涉及几十个应用，异步处理的请求如何溯源？
如何评估应用容量？机器资源配比多少合适，产品推广落地页如何规划各应用容量？
如何分析应用潜在风险？应用慢接口，循环调用，依赖不合理，找出潜在的风险SQL？
应用的可用性和稳定性越来越重要，如何降低排查问题的成本越来越重要，我们需要一双眼睛帮忙观察，一个大脑帮我们分析。
如何衡量服务的稳定性和可用性？
衡量服务稳定性，首要任务就是寻找合适的SLI，设置合理的SLO。选择衡量的标准至关重要：监控项太多，图表看不过来，出问题了不知道看哪个图表，大部分时候一出问题就蒙圈，能查问题的也就那么几个人。因此指标设计原则一定要精简精简直到无法精简。配合全局画像让大家一眼就能知道哪个环节出了问题。我们主要参考的是《Google的SRE运维揭秘》，和借鉴蘑菇街赵诚老师的经验，从以下五个方面设置SLO：
应用的容量；
可用性；
时延；
错误率；
人工介入次数。
还有花哨的图表也只是辅助，大原则还是监控告警明确，快速定位出异常应用或故障节点，尝试自动故障转移或及时止损，最后通过分析画像或分析日志寻找根因。
我们来一起看一下这五条黄金法则是如何指导我们设计SLO的：
这五条法则是指导意见，希望能帮助大家。
三、最初的愿景
平台构建最初的愿景，主要是随着微服务的推进，服务稳定性越来越重要，服务间调用出的问题越来越难以定位，排查的次数多了，各种工具脚本/Dashboard/小系统越来越多，这些经验很难传承，定制化高，推广成本大，更新迭代也不及时，普及度也是非常的低，能查问题的就那么几个人。
为了提高效率，面向全公司开发、测试全员，因此我们开始打造服务治理平台：
方便开发快速定位问题；
风险前移，对潜在风险生成任务，打造开发->测试->线上验证的闭环，后面会重点介绍；
打通数据流，告警与画像结合，能大大提高排查效率；
配置统一管理，设置熔断限流，配置故障转移策略，设置告警阈值，处理中间件事件等等，让开发能有一个统一的平台进行操作。
四、平台化演进过程
我们服务治理平台化演进，也经历了：人工 -> 工具化 -> 系统化 -> 平台化：
1、调研
应用层、中间件的稳定性和可用性，是我们关注的两个大维度。包括节点资源信息，应用间调度信息。业内比较成熟的有：
面向虚拟机，物理机机器资源的监控有zabbix，面向容器的有prometheus；
针对链路分析的主要有基于ELK体系的APM，开源的还有韩国的pinpoint，Twitter的Zipkin，国内阿里有ARMS，腾讯的有天机阁等等，他们大多都受2010年谷歌发表了Dapper论文的影响；
中间件层大部分中间件都提供了自己的一套监指标，或者配备自己的监控报表，有些呢还得提供了相关的API。
2、我们当时的情形
应用层
我们应用有多种语言开发，链路分析开源的方案不能直接满足我们的需求，大部分具有代码侵入性，对接开源软件，我们依然需要二次开发；
我们当时是有一些日志nginx日志/链路日志，只是日志不够精细，中间件用户侧日志缺少，如中间件的连接耗时，执行耗时，mq发布成功状态等，我们需要细化补全；
我们入口除了Http协议以外，还有AMQP协议入口，以及分布式任务调度入口，我们需要进行打通，生成全局唯一TraceID。
中间件
已有的自研的shell脚本，基于zabbix调度，比较笨重，维护成本比较高，部署比较麻烦；
各个中间件都是高度定制化，随着中间件的升级兼容性问题也很多；
Prometheus生态的完善，很多中间件官方支持对接Prometheus，这样的话减少了我们的维护成本，对接也非常的方便。
我们的解决方案
机器资源监控依托Prometheus生态，逐渐由Zabbix向Prometheus迁移；
应用间调用链分析基于已有的日志收集流程，自研一个分析大脑；
中间件指标收集我们提供统一的接口和数据格式，方便统一对接；
中间件的维护管理，如熔断限流设置，告警阈值设置，告警规则设置等都收拢到统一平台。
3、技术选型
我们的平台采用分布式前后端分离架构，可视化前台Dany是基于vue(element-ui/element-admin)，后端主要基于Golang和Python，目前已监控352个业务应用，1200多个节点，链路日志量级30亿左右。主要模块如下：
应用运行时画像：
数据源主要包括Promethues、Elasticsearch和Clickhouse，展示基于Grafana。数据存储正逐步从Elasticsearch迁移到Clikhouse，基本流程是Gohangout订阅Kafka清洗后持久化到Clickhouse。
应用机器资源使用画像：
目前大部分服务依然部署在虚拟机上，有些指标我们通过写shell脚本让zabbix触发。随着容器化的推进，Prometheus的生态更加适合我们，因此我们逐渐用prometheus替代原有的zabbix职责。
日志全息分析：
主要分析应用潜在风险，应用异常诊断 采用Golang自研系统（Snow）流式分析Kafka数据持久化到Mysql。
APM链路分析：
链路追踪日志埋点我们集成到服务框架(php/node/java)中。记录所有http协议和amqp协议的请求，记录上下游，请求耗时，机器信息等，日志信息落盘本地，基于ELK持久化。
实时告警：
告警事件判定，记录告警事件处理工作流，告警应答(Ack)升级，我们基于Python开发了Dolphin系统。
4、拓扑图
五、日志全息分析
1、APM链路分析
应用场景：
生成的风险任务需要配合链路分析，如循环调用，在最近的一次链路中被调用了几次，请求耗时是怎样，上下游依赖是怎样等；
在排查故障的时候，开发根据自己感兴趣的trace_id分析整条链路的情况，方便快速定位问题；
应用QPS异常波动的时候分析上下游接口调用量,可以分析出是入口流量激增还是命中特殊数据产生了循环调用
设计思路：
我们目前记录链路的入口采用AOP模式植入到已有的框架中(php/node/java)，业内还有无侵入解决方案类似sidecar模式，代理请求记录全链路。随着微服务的演进，为了加速请求，链路会同时并发请求，需要识别和准确标记时间线，推动着APM链路分析的演进。
2、应用风险分析
微服务架构带来链路越来越深，随着业务增长慢接口，循环调用，双向依赖，慢SQL成为应用四大杀手，令无数开发闻风丧胆，血的教训迫使我们不能放过这些杀手。微服务架构另外的一个问题就是产生海量的日志，目前我们大约每天30亿次内网请求日志。为了分析四大杀手的特征，我们订阅Kafka日志流，分析过滤。得益于Golang的协程(goroutine)能力，每秒分析5w+日志，目前只有两台虚拟机在分析，可以水平扩展分析能力。应用开发负责人会收到风险任务推送，通过给风险任务打上优先级，及时跟进解决，测试进行线上验证环节，最终平台会验证风险是否解除。分析后生成任务展示效果如下：
3、风险任务报告
应用场景：
培养风险意识，开发、测试都能直观感受各自应用面临的风险情况；
风险趋势，能纵向看单应用的风险趋势，也能横向看整个公司其他事业部的风险趋势 ：
4、容量评估
应用场景：
自然增长流量的线性预测，对核心服务，繁忙的服务压测，计算出单机QPS峰值，设置预警水位线；
针对推广的页面，产品预估流量，我们对当前链路分析依赖的应用容量，评估是否需要扩容 设计思路：全链路压测实施与验证顺序 单接口压测->单应用压测->全链路压测，压测系统目前还在孵化中，前期我们通过调节单应用的机器流量分布模拟压测。
5、业务自定义分析
辅助应用精细化运营，如分析推送到达率，推送落地页点击率等；
A/B测试，业务可以分析不同的页面的转化率，或页面区域按钮点击事件；
业务打点标记自己领域事件，异常标记等；
抽样分析接口的参数等
设计思路：整体流程依然是基于日志收集模式，业务方通过模板定义数据格式记录到日志，采集程序分析日志，映射到数据表中。
6、实时告警
触发预设的告警规则后，按优先级提供不同告警形式：邮件，微信群机器人，短信，电话。
兜底监控规则的确定
由于目前大部分开发还处于监控意识培养的初期阶段，目前核心应用规模还是可控的，于是我们基于全应用做了兜底监控。如每秒全站请求异常状态，消费者处理异常，mysql提交事务异常等。系统组默默的承担着全站SRE的职责。
业务方主动订阅与兜底规则复写
为了告警的及时响应和快速处理，我们基于应用给出告警规则通用模板，业务设置相应的阈值即可，如每分钟请求异常数，应用程序产生的sentry异常数，MQ发布、消费异常数等。
主/副OnCall机制
随着业务工程师逐渐加入，需要处理各种不同优先级的告警，一有告警就全员All-in排查。为了优化告警响应机制，引入主副值班on-call机制，按应用模块每周设置一个主值班， 主值班必须及时应答告警(ACK)，尝试定位分析问题，必要的时候进行告警升级，通知团队负责人或请求其他团队协作。
六、应用画像
1、应用运行时画像
我们监控核心指标，触发实时告警，推出趋势截图。精简的指标能比较客观的反映应用运行情况。画像数据来源Clickhouse,大部分SQL执行都能在1s内返回。
流量饱和度，每个应用能承载的峰值流量是不一样的，我们需要监控每个应用节点的QPS波动及增长趋势；
响应耗时p95线，RPC请求耗时符合长尾效应，越慢的接口越有可能拖垮整个应用，我们采用耗时百分位第95的时间作为应用健康衡量的指标；
异常监控，主要监控RPC请求错误率，业务系统自定义异常(sentry)，依赖的中间件异常等；
核心接口监控，这部分是业务主动订阅核心接口每秒请求成功率。
2、机器资源画像
机器资源饱和度也是非常关键的一项指标，应用吞吐能力根据自身情况有CPU密集型，有I/O密集型而有所不同。这些指标主要还是辅助作用，一般会反应在应用吞吐能力上。给应用容量评估提供指导意见。数据源来自Prometheus采集node-exporter。
3、中间件客户端画像
除了RPC请求入口，还有基于APMQ协议的请求，分布式任务调度中心的请求。应用依赖的中间件使用不规范，或者执行异常我们都能通过画像系统反映出来，给出优化意见。
4、中间件服务端画像
中间件自身的稳定性也是非常重要的，可用性考核需要达到四个9。大部分我们依赖Prometheus生态，如Mysql-exporter,RabbitMQ 3.8版本以后官方支持prometheus指标。针对Mysql/MongoDB等我们采用了percona的pmm2。
七、遇到的挑战
1、数据存储从ES迁移到Clickhouse
随着微服务的拆分，局域网日志越来越大，每天大于30亿左右，对这些日志进行提炼分析时效性越来越低，加上膨胀的日志占用磁盘越来越大，从原先保留半个月到后来的6天。每天大约产生800G。国内很多企业也遇到类似的问题，也尝试落地Clickhous替换Elasticsearch，便捷的查询，数据压缩比高。迁移后Dashboard数据渲染基本上都在秒级，数据压缩比1:4.2。
2、Prometheus和Zabbix的抉择
应用监控最初是基于Zabbix的，更多的是机器资源维度，最大的痛点是告警分组不友好，值班运维沦为了告警中转站，人工联系各业务方处理相关问题。再加上云原生的推进，Prometheus的生态强大，接入开发成本低，成为我们现在监控的首选。
3、SLO的确定我们进行了多轮头脑风暴
我们从蘑菇街赵诚老师那取了不少经，主要还是从应用的容量，可用性，时延，错误率，人工介入次数几个方面设计SLO。关于SLO选定可以参考Google的设定模板。
4、SRE落地离不开公司上层的加持
大部分互联网公司，产品迭代速度是非常快的，应用技术质量和迭代速度相互竞争，代码质量有时候能决定产品的生死，越来越慢的接口会拖垮应用服务质量。从遇到故障问题才关心，慢慢关注点往前移，从代码坏味道，潜在风险分析，告警响应处理时长，应用稳定性和中间件稳定性都设置考核指标。好大夫实时监控告警大屏也逐渐成为一道风景线。
八、未来的规划
平台可用性：画像和日志分析界面整合，提供统一的平台入口；
熔断限流：熔断限流管理平台化；
全链路压测：模型识别更加精准，更精准的瓶颈判断；
智能容量评估：应用节点自动扩缩容。
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