用它！分布式系統(tǒng)APM工具的優(yōu)雅之選“SkyWalking”
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小時候我們都盼望著能夠快點長大，長大后，那段懵懵懂懂、無憂無慮的歲月時時讓我們懷念。而現(xiàn)在努力奮斗的我們正在讓孩子的生活，更加精彩！
6.1兒童節(jié)
祝我們的大朋友們
永葆童心，友愛友趣！
微服務架構是個好架構，它把整體的業(yè)務拆分成了若干個功能明確、目的統(tǒng)一的小服務，通過很多分散的小服務去整合排列，最終解決更大、更加復雜的業(yè)務場景。同時，架構中對拆分后的小服務進行分類和管理，彼此之間使用統(tǒng)一的協(xié)議來進行交互。這個設計從開發(fā)的角度，看上去很簡明美好。但我們做運維的，看到這樣的設計，不免心里要犯怵：這種微服務架構的特點，決定了它的部署往往是分布式的。在傳統(tǒng)環(huán)境下，所有業(yè)務都在一個服務器上來回折騰，出了問題，只要從一個點看過去，就能夠快速定位問題。可微服務架構可不遵循這套邏輯。通過總線交互的，可都是無狀態(tài)的服務。當前臺的業(yè)務流會經(jīng)過很多個微服務的處理和傳遞時...不用擔心！因為，發(fā)現(xiàn)這個麻煩的不只你一個人。早在2015年，就有一個名叫吳晟的開發(fā)者開源了一個名為Skywalking的分布式系統(tǒng)的應用程序性能監(jiān)控工具，專為微服務、云原生和基于容器的 (Kubernetes) 架構而設計。而隨著這幾年的發(fā)展，這個工具已經(jīng)在功能、性能、界面效果上實現(xiàn)了突飛猛進的發(fā)展。抓重點，開源、專為微服務架構設計，功能性能兩開花。這不就是微服務架構維護人員夢寐以求的APM神器嘛？！不說了，用它！在接下來的內(nèi)容中，將手把手的帶你完成基于Nacos的Skywalking集群搭建和Skywalking工作原理簡要解讀。
這是因為Skywalking OAP（Observation Application Platform）之間本身不能搭建集群，需要一個集群管理器來組建集群，目前Skywalking 支持Nacos、zookeeper、Kubernetes、Consul、Etcd 等多種集群管理器。又因為Nacos 擅長于發(fā)現(xiàn)、配置和管理微服務，又提供了一組簡單易用的特性集，幫助用戶快速實現(xiàn)動態(tài)服務發(fā)現(xiàn)、服務配置、服務元數(shù)據(jù)及流量管理。所以，自然成為了搭建Skywalking集群的一個很棒的選擇[3]。（當然，如果你是忠實的zookeeper或者Kubernetes用戶，那么繼續(xù)使用它們也完全不影響感受Skywalking帶來的優(yōu)雅體驗）???????????????????????????????首先，帶來我們的架構圖設計，這里采用了搭建生產(chǎn)環(huán)境的最低配置。
圖一 生產(chǎn)可用Nacos集群部署架構圖既是針對小白的教程，那么每一步的構建部署都不會隨意跳過。保證所有軟件及依賴安裝，從零開始，不跳步驟，一步一截圖。在本實驗案例中，安裝包下載后，上傳至ftp后，在對應主機通過ftp下載。
圖二 在對應主機通過ftp下載安裝包
圖三 使用unzip命令解壓安裝包編輯Nacos集群配置文件（Nacos的配置文件都在<安裝目錄>/Nacos/conf目錄下），指定三個節(jié)點的IP和端口。
圖四 編輯Nacos集群配置文件4. 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫使用<安裝目錄>/Nacos/conf目錄下的Nacos-mysql.sql創(chuàng)建數(shù)據(jù)表。（需要提前手動創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫）
圖五 創(chuàng)建完成的數(shù)據(jù)庫修改Nacos Server配置文件，主要修改的內(nèi)容是連接數(shù)據(jù)庫的部分。這里使用的Mysql數(shù)據(jù)庫用戶名為root，密碼為123456。
圖六 修改Nacos Server配置文件使用<安裝目錄>/Nacos/bin目錄下的startup.sh來啟動Nacos Server。啟動后根據(jù)提示查看錯誤日志，發(fā)現(xiàn)報錯為找不到JDK。
圖七 啟動Nacos Server這里安裝JDK，使用的是存放在FTP服務器上的安裝包，版本為jdk1.8。
圖八 下載jdk安裝包根據(jù)之前啟動Nacos Server的報錯配置JDK環(huán)境變量JAVA_HOME。
圖九 配置JDK環(huán)境變量并source生效繼續(xù)啟動Nacos Server，發(fā)現(xiàn)報錯為Nacos無法連接數(shù)據(jù)庫。
圖十 報錯為Nacos無法連接數(shù)據(jù)庫查看數(shù)據(jù)庫用戶登錄設置后發(fā)現(xiàn)，配置的root用戶默認只能從localhost登錄，因此使用如下語句來修改用戶登陸設置為可以從任何IP登錄。use mysql;
update user set host = % where user =root;
flush privileges;
quit
圖十一 修改數(shù)據(jù)庫登錄用戶設置
圖十二 啟動Nacos Server成功為了能夠使用Nacos的圖形化Web管理界面，這里需要在Leader節(jié)點上配置Nginx。如果使用的是CentOS操作系統(tǒng)，可以參考[2]中的Nginx部署配置過程。
圖十三 配置Nginx步驟截圖之前創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫里，默認創(chuàng)建了一個名為nacos的用戶，密碼為加密的nacos。使用該用戶名和密碼，可以登錄Nacos的Web圖形管理界面。IP為/Nacos。
圖十四 登錄圖形化Nacos的Web管理界面可以從圖形界面的「集群管理」->「節(jié)點列表」里發(fā)現(xiàn)，當前只啟動了一個節(jié)點的Nacos Server。我們模仿之前的步驟，依次啟動其他節(jié)點的Nacos Server。
圖十五 啟動其他節(jié)點的Nacos Server之后，在Web界面中可以看到節(jié)點從「Down」狀態(tài)轉為「Up」狀態(tài)如果需要關閉Nacos Server，只需要運行<安裝目錄>/Nacos/bin下面的shutdown.sh即可。
圖十六 運行shutdown腳本之后，在Web界面中可以看到節(jié)點從「Up」狀態(tài)轉為「Down」狀態(tài)
短短的十幾步，就已經(jīng)完成了JDK、Nginx、Mysql主從、Nacos這一大堆環(huán)境的搭建，搞出了一個最基礎的生產(chǎn)可用Nacos集群。首先，先看看加入了Skywalking之后，架構圖發(fā)生什么樣的變化。
圖十七 基于Nacos的Skywalking集群部署架構圖可以看到，對比之前的Nacos集群搭建，這里相當于在Leader節(jié)點上額外配置一個ES，并且在集群的每個節(jié)點上配置一份Skywalking。因此，很顯然可以得出這一部分的部署思路：在之前Nacos集群部署的基礎上，額外配置ES7和Skywalking即可參考[4]。1. 從官網(wǎng)下載ES7和Skywalking安裝包在本實驗案例中，安裝包下載后，上傳至ftp后，在對應主機通過ftp下載。
圖十八 在對應主機通過ftp下載安裝包解壓安裝包之后，進入到ES安裝目錄，修改ES的配置文件（配置文件目錄為/config/elasticsearch.yml）。在本實驗案例中，將ES集群的名稱命名為test（該命名需要與后續(xù)的Skywalking配置中的配置項內(nèi)容相同）。同時，該配置文件中的data和logs目錄如果不存在，需要手動創(chuàng)建。
圖十九 修改ES配置文件由于ES限制使用root用戶啟動，因此需要多帶帶創(chuàng)建es用戶，并修改ES目錄屬組。
圖二十 修改ES安裝目錄屬組為es:es啟動ES在/bin下運行sh startup.sh -d即可。啟動成功后，ES默認使用9200端口，在瀏覽器打開對應ip:port，可以看到安裝情況。如果看到下圖的內(nèi)容，則表示安裝成功。
圖二十一 ES安裝成功瀏覽器顯示結果解壓安裝包之后，進入到Skywalking安裝目錄，修改ES的配置文件（配置文件目錄為/config/application.yml）。在本實驗案例中，將nacos集群的使用的命名空間為默認的public，nacos用戶名和密碼使用默認的nacos/nacos，服務名為SkyWalking_OAP_Cluster。
圖二十二 配置集群在本實驗案例中，根據(jù)上面步驟的記錄，將ES的集群名設置為test。
圖二十三 配置數(shù)據(jù)庫在本實驗案例中，將nacos集群的使用的命名空間為默認的public，nacos用戶名和密碼使用默認的nacos/nacos。
圖二十四 集群配置啟動Skywalking在/bin下運行sh startup.sh即可。啟動成功后，Skywalking默認使用8080端口，在瀏覽器打開對應ip:port，可以看到圖形化界面。（因為目前還沒有任何數(shù)據(jù)，因此圖形化界面里是空的）
圖二十五 Skywalking啟動成功反饋以及web圖形化界面完成Skywalking啟動后，可以在Nacos圖形界面查看服務。
圖二十六 在Nacos圖形界面查看服務在其他節(jié)點上進行同樣的操作，只修改服務名為SkyWalking_OAP_Cluster_2和服務名為SkyWalking_OAP_Cluster_3。在Nacos圖形界面可以看到三個節(jié)點的服務[5]。
圖二十七 在Nacos圖形界面可以看到三個節(jié)點的服務那么，讓我們順便來看一眼Skywalking的工作原理吧。了解它能幫助你更好的理解它的功能和效果。
Skywalking的源碼量并不小，但理解它的核心在于明白它對應用監(jiān)控的邏輯。在Skywalking中，這個功能通過探針實現(xiàn)。該功能是 Java 虛擬機提供的一整套后門。通過這套后門可以對虛擬機方方面面進行監(jiān)控與分析。我們可以從此切入，通過這樣的思路[6]來了解Skywalking的工作原理。通常Agent分為靜態(tài)啟動和動態(tài)啟動。1）靜態(tài)啟動：使用 -javaagent 參數(shù)，在類加載時對目標類的字節(jié)碼可以進行任意修改，只要最后的結果符合字節(jié)碼規(guī)范，SkyWalking 只支持這種方式啟動 Agent。2）動態(tài)附加：使用 Attach API，類已經(jīng)加載完成并被使用，這時候只能對目標類的字節(jié)碼進行有限的修改，典型的應用：系統(tǒng)診斷（阿里 Arthas、笨馬 XPocket）。在源碼的agents部分中，可以看到它的啟動流程如下：1）初始化配置。（加載配置信息、將配置信息映射到 Config 類、根據(jù)配置信息重新指定日志解析器、檢查 Agent 名稱和后端地址是否配置、標記配置加載完成）3）定制化Agent。（創(chuàng)建 ByteBuddy 實例、指定 ByteBuddy 要忽略的類、將必要的類注入到 BootstrapClassLoader 中、解決 JDK 模塊系統(tǒng)的跨模塊類訪問、根據(jù)配置決定是否將修改后的字節(jié)碼保存到磁盤/內(nèi)存上）1）GRPCChannelManager（Agent到OAP的網(wǎng)絡連接、定時重連、通知監(jiān)聽器網(wǎng)絡連接狀態(tài)的變化）；2）ServiceManagementClient（向OAP匯報自身的信息、保持心跳）；3）CommandService（調(diào)度 OAP 下發(fā)的命令、CommandExecutorService）；4）SamplingService（控制鏈路是否被上報到 OAP）；5）JVMService（收集 JVM 的相關指標）；6）KafkaXxxService（由 Agent 直連 OAP 改為通過 Kafka 交互、大部分的采集的數(shù)據(jù)都改為走 Kafka）；7）StatusCheckService（用來判斷哪些異常不算異常）。鏈路追蹤是Skywalking實現(xiàn)的最基本功能，理解它需要首先知道這幾個概念。1）Trace：表示一整條鏈路（跨線程、跨進程的所有 Segment 的集合）2）Segment：表示一個 JVM 進程內(nèi)的一個線程中的所有操作的集合TraceSegment（組成 Trace 的基本單元、TraceSegmentRef 用于引用 Parent Segment、所有的 Span 維護在一個 LinkedList 中；relatedGlobalTraceId 表示當前 Segment 所在的 Trace、isSizeLimited 如果為 true 表示當前這條線程內(nèi)發(fā)生的操作次數(shù)超過了配置值，Segment 丟棄了一部分操作）；Span（AsyncSpan - Span 的骨架、AbstractTracingSpan - 用于鏈路追蹤的 Span 模型）。大家看到這里，是不是對Skywalking的工作原理有了初步的印象，不再覺得這是一個完全吃不透的黑盒子了？
雖然Skywalking這個開源項目在經(jīng)歷了多年的commit之后，已經(jīng)變得相當龐大，但其基本工作原理和流程仍舊精煉優(yōu)雅。本文初步探索了生產(chǎn)可用的Skywalking集群搭建，并且簡要的介紹Skywalking的工作原理，闡釋了其運轉流程。希望能夠幫助小白上手，或者給予老手些微的啟發(fā)。參考資料：
[1] https://Nacos.io/zh-cn/index.html（Nacos官網(wǎng)）
[2] https://blog.csdn.net/qq_37345604/article/details/90034424（安裝nginx）
[3] https://www.imooc.com/article/288153/（搭建生產(chǎn)可用Nacos集群）
[4] https://www.cnblogs.com/fuhai0815/p/13344150.html（Centos7 Nacos + Elasticsearch + SkyWalking）
[5] https://www.bilibili.com/read/cv6621424/（基于Nacos的Skywalking集群配置）
[6] https://www.processon.com/view/link/611fc4c85653bb6788db4039#map（Skywalking源碼思維導圖）
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