如何構(gòu)建APISIX基于DeepFlow的統(tǒng)一可觀測性能力呢？

隨著應(yīng)用組件的可觀測性逐漸受到重視，Apache APISIX 引入插件機制豐富了可觀測數(shù)據(jù)源。然而，這些數(shù)據(jù)分散在多個平臺，形成了數(shù)據(jù)孤島。本文旨在闡述如何利用 DeepFlow 基于 eBPF 的零侵擾特性構(gòu)建 APISIX 可觀測性解決方案，在此基礎(chǔ)上統(tǒng)一集成 APISIX 插件已有的豐富數(shù)據(jù)源，消除孤島、構(gòu)建統(tǒng)一的可觀測性平臺，以全面監(jiān)控和分析 APISIX 網(wǎng)關(guān)。通過 DeepFlow，APISIX 可以實現(xiàn)從流量監(jiān)控、追蹤分析、到性能優(yōu)化的全面可觀測性，消除數(shù)據(jù)分散并提供中心化的監(jiān)控視圖，加速故障排查和性能調(diào)優(yōu)，讓 DevOps 和 SRE 團隊的工作更加高效。本文將重點梳理 APISIX 的追蹤數(shù)據(jù)、指標數(shù)據(jù)、訪日日志及性能剖析數(shù)據(jù)如何對接 DeepFlow。

基于 DeepFlow 構(gòu)建 APISIX 的統(tǒng)一可觀測性能力

01

安裝 APISIX 和 DeepFlow

基于 DeepFlow 建構(gòu) APISIX 的統(tǒng)一可觀測性能力，需要先將 DeepFlow 及 APISIX 都部署起來。本文為了方便，將 DeepFlow 和 APISIX 都以 K8s 服務(wù)的形式部署在一個 All-in-One 的 K8s 集群中，整個部署過程大概 5 分鐘左右完成。詳細的部署過程，參考 DeepFlow 官方部署文檔[1]及 APISIX 官方部署文檔[2]。

注意：為了發(fā)揮 DeepFlow 基于 eBPF 的可觀測性能力，請確保服務(wù)器 Linux 操作系統(tǒng)內(nèi)核在 4.14 之上。

02

分布式追蹤

使用 DeepFlow 實現(xiàn) APISIX 及后端服務(wù)的分布式追蹤能力有兩種方案：利用 eBPF，DeepFlow 可以在不修改 APISIX 及后端服務(wù)配置及代碼的前提下實現(xiàn)開箱即用的 RPC 粒度分布式追蹤；而當后端服務(wù)已具備 APM（Application Performance Monitoring） 能力 —— 比如已經(jīng)使用了 OpenTelemetry 或者 SkyWalking 等工具時，可結(jié)合 APISIX 的 Tracers 插件，將所有追蹤數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成到 DeepFlow，實現(xiàn)全鏈路的應(yīng)用函數(shù)粒度的分布式追蹤。

DeepFlow 中 APISIX 及后端服務(wù)實現(xiàn)分布式追蹤的兩種方式

方式一：DeepFlow eBPF AutoTracing

DeepFlow 的分布式追蹤（AutoTracing）能力是開箱即用的，無需 APISIX 開啟任何插件，僅需要將 deepflow-agent 部署在 APSIX 所在的服務(wù)器即可。在 Grafana 中找到 DeepFlow 提供的 Distributed Tracing Dashboard，即可對某一個調(diào)用點擊發(fā)起追蹤，并看到這個調(diào)用在 APISIX 及其后端服務(wù)中的全鏈路追蹤過程。如下圖所示：

①：通過 nodeport 的形式訪問到 APISIX 網(wǎng)關(guān)服務(wù)所在 K8s Node 的端口

②：進入到 APISIX 網(wǎng)關(guān)服務(wù)所對應(yīng)的 POD 的網(wǎng)卡

③：進入到 APISIX 網(wǎng)關(guān)服務(wù)中的 OpenResty 進程

④：完成業(yè)務(wù)處理，經(jīng)由 OpenResty 進程將請求轉(zhuǎn)發(fā)給后端服務(wù)

⑤：經(jīng)由 APISIX 網(wǎng)關(guān)服務(wù)所對應(yīng)的 POD 網(wǎng)卡轉(zhuǎn)發(fā)

⑥/⑦：將請求轉(zhuǎn)發(fā)給后端服務(wù)

DeepFlow eBPF AutoTracing

方式二：DeepFlow eBPF + OpenTelemetry

此方式為 APISIX 利用 OpenTelemetry 插件生成 Trace 數(shù)據(jù)，后端服務(wù)也具備 APM 能力并且可將生成的 Trace 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 OpenTelemetry 格式。當 APISIX 與后端服務(wù)都將 Trace 數(shù)據(jù)發(fā)送給 DeepFlow 時，DeepFlow 能夠生成包含APM 應(yīng)用 SPAN、eBPF 系統(tǒng) SPAN、cBPF 網(wǎng)絡(luò) SPAN 的無盲點全棧調(diào)用鏈追蹤火焰圖。

當我們希望得到應(yīng)用進程內(nèi)部函數(shù)粒度的分布式追蹤鏈路，或者后端服務(wù)在處理一個調(diào)用時使用了線程池（會導(dǎo)致 DeepFlow AutoTracing 斷鏈）時，可以采用這種方式。

1. 部署具備 APM 能力的后端服務(wù)

為了展示完整的追蹤效果，我們首先在 APISIX 網(wǎng)關(guān)后面部署了一個支持 OpenTelemetry 能力的 Demo 應(yīng)用。Demo 應(yīng)用的部署可參考：DeepFlow Demo - 一鍵部署基于 Spring Boot 編寫的五個微服務(wù)組成的 WebShop 應(yīng)用[3]。在 APISIX 上創(chuàng)建訪問后端服務(wù)的路由，訪問域名為 apisix.deepflow.demo。

apiVersion:apisix.apache.org/v2
kind:ApisixRoute
metadata:
name:deepflow-apisix-demo
namespace:deepflow-otel-spring-demo
spec:
http:
-name:deepflow-apisix-demo
match:
hosts:
-apisix.deepflow.demo
paths:
-"/*"
backends:
-serviceName:web-shop
servicePort:18090

2. 在 APSIX 中開啟 OpenTelemetry 插件

在 APISIX 配置中添加 opentelemetry plugins：

##vim./apisix/.values.yaml
plugins:
-opentelemetry
#...
pluginAttrs:
opentelemetry:
resource:
service.name:APISIX
collector:
##將數(shù)據(jù)傳給deepflow-agent
##當然，這里也可以發(fā)給otel-collector進行處理后，再由otel-collectorf發(fā)送至deepflow-agent
address:deepflow-agent.deepflow.svc.cluster.local/api/v1/otel/trace
request_timeout:3

##添加后更新helmupgrade--install-napisixapisix./apisix

針對指定路由開啟 OpenTelemetry 功能：

##查看路由ID
##找到對應(yīng)域名的路由ID
curl-shttp://10.109.77.186:9180/apisix/admin/routes-H'X-API-KEY:此處為apisix-admintoken'|jq

##針對具體路由開啟otel功能
curlhttp://10.109.77.186:9180/apisix/admin/routes/此處為路由ID-H'X-API-KEY:此處為apisix-admintoken'-XPUT-d'
{
"name":"deepflow-apisix-demo",##給這個路由配置個名字
"methods":["GET"],
"uris":["/*"],
"plugins":{
"opentelemetry":{
"sampler":{
"name":"always_on"
},
"additional_attributes":[##可通過additional_attributes自定義Span標簽
"deepflow=demo"
]
}
},
"upstream":{
"type":"roundrobin",##RR輪詢
"nodes":{##上游地址
"10.1.23.200:18090":1##服務(wù)訪問地址:上游編號
}
}
}'

3. 使用 DeepFlow 集成 OpenTelemetry 追蹤數(shù)據(jù)

通過 DeepFlow Agent 集成 OpenTelemetry 的 Span 數(shù)據(jù)，功能默認開啟，無需額外配置。

##查看deepflow-agent默認配置
##deepflow-ctlagent-group-configexample

##這個參數(shù)控制是否啟接收外部數(shù)據(jù)源，包括 Prometheus Telegraf OpenTelemetry 和 SkyWalking
##DataIntegrationSocket
##Default:1.Options:0(disabled),1(enabled).
##Note:WhethertoenablereceivingexternaldatasourcessuchasPrometheus,
##Telegraf,OpenTelemetry,andSkyWalking.
#external_agent_http_proxy_enabled:1

4. OpenTelemetry 集成效果展示

我們在客戶端發(fā)起一條訪問 WebShop 服務(wù)的命令：

curl-H"Host:apisix.deepflow.demo"10.1.23.200:44640/shop/full-test
##此處IP為k8s集群節(jié)點IP，44640端口為APISIX9180暴露的NodePort

在 Grafana 中打開 DeepFlow 提供的 Distributed Tracing Dashboard，找到對應(yīng)的調(diào)用點擊發(fā)起追蹤，能看到 APISIX 與后端服務(wù)都能追蹤出來，且 APM 生成的應(yīng)用 SPAN 與 DeepFlow 生成的網(wǎng)絡(luò) SPAN 及系統(tǒng) SPAN 都完整的關(guān)聯(lián)在一張火焰圖上：

注：火焰圖中的 A 表示 APM 生成的應(yīng)用 SPAN，N 和 S 表示 DeepFLow 生成的網(wǎng)絡(luò) SPAN 及系統(tǒng) SPAN。

DeepFlow eBPF + OTel

03

性能指標

對于性能指標，在 DeepFlow 中同樣能開箱即用查看 Endpoint 粒度的 RED（吞吐、時延、異常）性能指標，以及豐富的 TCP 網(wǎng)絡(luò)性能指標（吞吐、重傳、零窗、建連異常等）。同樣，APISIX 的 Metrics 類的插件 —— 比如 Prometheus、node-status 等插件獲取到的實例、路由粒度的 HTTP 狀態(tài)碼、帶寬、連接數(shù)、時延等指標數(shù)據(jù)，可集成到 DeepFlow 中，并在 APISIX 提供的 Grafana Dashboard 中查看。

使用 DeepFlow 采集 APISIX 性能指標

1. 開箱即用的 eBPF 性能指標

在 APISIX 所在的服務(wù)器上部署 deepflow-agent 后，可自動采集應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)層面非常細粒度的指標量，例如精細到某個客戶端、某個 Endpoint 的請求速率、響應(yīng)時延、異常狀態(tài)；某一次 TCP 建連時延，建連異常等等。詳細的指標量可參考 DeepFlow 官網(wǎng)關(guān)于指標量的介紹[4]。在 Grafana 中打開 DeepFlow 提供的 Applicaiton - xxx Ingress Dashboard，可查看 APISIX 相關(guān)的應(yīng)用層性能指標，在 Network xxx Dashboard 中可查看網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的指標。

DeepFlow eBPF 性能指標（應(yīng)用）



DeepFlow eBPF 性能指標（網(wǎng)絡(luò)）

2. 在 APISIX 中開啟 Prometheus 插件

在 APISIX 配置中添加 Prometheus 插件：

##vim./apisix/.values.yaml
plugins:
-prometheus
#...
pluginAttrs:
prometheus:
export_uri:/metrics##默認uri為/apisix/prometheus/metrics
export_addr:
ip:0.0.0.0##抓取地址
port:9091##默認端口9091
metrics:
http_status:##具體作用在apisix_http_status指標中
extra_labels:##添加額外內(nèi)容
-upstream_addr:$upstream_addr##例如此處添加一個上游服務(wù)器地址(此處的變量是NGINX變量)
-upstream_status:$upstream_status##例如此處添加一個上游服務(wù)器狀態(tài)(此處的變量是NGINX變量)
## APISIX 自帶變量：https://apisix.apache.org/docs/apisix/3.2/apisix-variable/
## NGINX 自帶變量：https://nginx.org/en/docs/varindex.html

啟用 Prometheus 插件：

##注：上面啟用了 otel 功能，所以此處要在啟用 otel 的基礎(chǔ)上開啟 prometheus

curlhttp://10.109.77.186:9180/apisix/admin/routes/此處為路由ID-H'X-API-KEY:此處為apisix-admintoken'-XPUT-d'
{
"name":"deepflow-apisix-demo",##給這個路由配置個名字
"methods":["GET"],
"uris":["/*"],
"plugins":{
"prometheus":{##啟用prometheus
"prefer_name":true##為"true"時，Prometheus指標中，打印路由/服務(wù)名稱而不是ID
}
},
"upstream":{
"type":"roundrobin",
"nodes":{
"10.1.23.200:18090":1
}
}
}'

3. 使用 Prometheus 拉取 APISIX 指標數(shù)據(jù)

Prometheus 采集 APISIX metrics（此處以 Prometheus CRD 部署方式舉例）：

##ServiceMonitor方式采集(Prometheus以CRD形式部署在k8s中)
##APISIXvalues.yaml文件中提供了對應(yīng)模塊
serviceMonitor:
##是否啟用
enabled:true
##創(chuàng)建在哪個命名空間
namespace:"apisix"
##servicemonitor名稱，默認為fullname
name:""
##抓取間隔
interval:15s
##metrics暴露的uri
path:/metrics
##給抓取到的指標添加前綴
metricPrefix:apisix_
##抓取端口
containerPort:9091
##添加labels
labels:
##此次使用項目為kube-prometheus，使用此標簽使kube-prometheus識別servicemonitor
app.kubernetes.io/part-of:kube-prometheus
annotations:{}

此時需要一個 Prometheus 后端服務(wù)用于采集 APISIX 插件生成的指標，所以需要先部署一個 prometheus-server。但實際上由于不依賴 prometheus-server 存儲這些指標，因此可以部署一個 Agent Mode 的 prometheus-server，或者使用更加輕量級的 grafana-agent 替代 prometheus-server。假設(shè)已經(jīng)部署了 prometheus-server，開啟 RemoteWrite 可將指標數(shù)據(jù)發(fā)送給 DeepFlow：

##https://prometheus.io/docs/prometheus/latest/configuration/configuration/#remote_write
##https://deepflow.io/docs/zh/integration/input/metrics/prometheus/#配置-remote-write

##kube-prometheus方式發(fā)送至DeepFlow(yaml清單中添加遠程寫入)
apiVersion:monitoring.coreos.com/v1
kind:Prometheus
metadata:
labels:
...
name:k8s
namespace:monitoring
spec:
enableRemoteWriteReceiver:true
remoteWrite:
##注：此處為 deepflow-agent svc 地址，要按實際位置寫
-url:"http://deepflow-agent.deepflow.svc.cluster.local/api/v1/prometheus"

4. 使用 DeepFlow 集成 Prometheus 指標數(shù)據(jù)

通過 DeepFlow Agent 集成 Prometheus 指標數(shù)據(jù)，功能默認開啟，無需額外配置。

##查看deepflow-agent默認配置
##deepflow-ctlagent-group-configexample

##這個參數(shù)控制是否啟接收外部數(shù)據(jù)源，包括 Prometheus Telegraf OpenTelemetry 和 SkyWalking
##DataIntegrationSocket
##Default:1.Options:0(disabled),1(enabled).
##Note:WhethertoenablereceivingexternaldatasourcessuchasPrometheus,
##Telegraf,OpenTelemetry,andSkyWalking.
#external_agent_http_proxy_enabled:1

5. Prometheus 集成效果展示

由于 DeepFlow 支持 PromQL，只需要將 Grafana 中 APISIX 提供的 Grafana Dashboard[5] 的數(shù)據(jù)源改為 DeepFlow，即可查看 APISIX 原生的豐富性能指標了，指標的使用說明參考官方文檔中關(guān)于 Prometheus 插件的說明[6]。

通過 DeepFlow 數(shù)據(jù)源展示 APISIX Dashboard

04

訪問日志和持續(xù)剖析

使用 DeepFlow 采集 APISIX 的訪問日志和剖析數(shù)據(jù)

對于訪問日志，此時無需 APISIX 做什么修改，僅需要將 deepflow-agent 部署在 APSIX 所在的服務(wù)器即可，在 Grafana 中打開 DeepFlow 提供的 Application - Request Log Dashboard 即可查看訪問日志，包含了 Request 及 Response 中 header 信息，并可分析每一次請求的響應(yīng)時延和錯誤碼。

DeepFlow 提供的訪問日志 Dashboard

DeepFlow 還通過 eBPF 獲取應(yīng)用程序的函數(shù)調(diào)用?？煺眨ㄆ髽I(yè)版功能），可繪制 APISIX 進程的 On-CPU Profile，函數(shù)調(diào)用棧中除了包含業(yè)務(wù)函數(shù)以外，還可展現(xiàn)動態(tài)鏈接庫、內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)的耗時情況。

DeepFlow 企業(yè)版中的持續(xù)剖析功能

05

什么是 APISIX

Apache APISIX 是一個動態(tài)、實時、高性能的開源 API 網(wǎng)關(guān)，提供負載均衡、動態(tài)上游、灰度發(fā)布、服務(wù)熔斷、身份認證、可觀測性等豐富的流量管理功能。Apache APISIX 基于 NGINX 和 LuaJIT 構(gòu)建，具有超高性能，單核 QPS 高達 23000，平均延遲僅為 0.2 毫秒。

Apache APISIX 的應(yīng)用場景非常廣泛，可應(yīng)用于 API 網(wǎng)關(guān)、Kubernetes Ingress 和服務(wù)網(wǎng)格等場景，幫助企業(yè)快速、安全地處理 API 和微服務(wù)流量。目前已獲得 Zoom、Airwallex、Lotus Cars、vivo、歐洲數(shù)字工廠等全球企業(yè)和組織的測試和高度認可。

Apache APISIX 于 2019 年開源并由 API7.ai 捐贈給 Apache 軟件基金會，目前是 GitHub 上最活躍的 API 網(wǎng)關(guān)項目，每天處理超萬億次的 API 調(diào)用，并且這一數(shù)字仍在增長。

06

什么是 DeepFlow

DeepFlow 是云杉網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的一款可觀測性產(chǎn)品，旨在為復(fù)雜的云基礎(chǔ)設(shè)施及云原生應(yīng)用提供深度可觀測性。DeepFlow 基于 eBPF 實現(xiàn)了應(yīng)用性能指標、分布式追蹤、持續(xù)性能剖析等觀測信號的零侵擾（Zero Code）采集，并結(jié)合智能標簽（SmartEncoding）技術(shù)實現(xiàn)了所有觀測信號的全棧（Full Stack）關(guān)聯(lián)和高效存取。使用 DeepFlow，可以讓云原生應(yīng)用自動具有深度可觀測性，從而消除開發(fā)者不斷插樁的沉重負擔，并為 DevOps/SRE 團隊提供從代碼到基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)控及診斷能力。

審核編輯：劉清