基于eBPF的云原生可观测性开源项目Kindling之Dubbo2 协议开发流程

Posted 2022-06-10 eBPF_Kindling

1 项目概览

Kindling collector项目作为Go端分析器，使用类似opentelmetry的pinpeline进行数据分析。其中涉及5个组件：

• UdsReceiver - Unix Domain Socket接收器，接收探针事件并传递给后续的网络分析器。
• NetworkAnalyzer - 网络事件分析器，将接收的Read / Write事件匹配成单次请求后，根据协议解析请求内容生成关键指标，传递给后续的分析器。
• K8sMetadataProcessor - K8S指标处理器，补充K8S指标并传递给后续的聚合处理器
• AggregateProcessor - 数据聚合处理器，将接收的指标数据生成Trace和Metric，传递给给后续的转发器。
• OtelExporter - Opentelmetry转发器，将Trace / Metric数据转发给Prometheus进行展示。

其中协议解析流程主要在NetworkAnalyzer组件中进行，将接收的请求/响应事件成对匹配后，交由parseProtocols()函数解析出协议指标。

1.1 协议解析流程

NetworkAnnalyzer.parseProtocols()方法定义了整体解析流程，根据协议解析器分别解析请求和响应，当最终都成功时输出指标。

1.2 协议解析设计思路

正常的协议解析只负责逐帧解析指标功能。

现已支持5种协议解析，当协议越来越多时，遍历引起的解析会越来越耗时，那么需引入fastfail快速识别协议

对于复杂的多报文协议，如Kafka有不同的API报文，而相同API也有不同的版本报文。将所有报文解析逻辑都写在一起会使整个类过于臃肿且不易维护。为此引入树形多报文结构用于快速且低耦合地实现开发。

1.2.1 报文解析结构体

在树形报文解析过程中，有如下2个场景需要考虑

• 当父协议解析了指标A，子协议解析可能会用到A指标，那么父子协议解析的指标需要透传。
• 父协议已解析了部分报文长度的内容，那么子协议在开始解析时可直接跳过相应长度的内容进行解析，此处引入偏移量用于下一个协议跳过解析。

定义PayloadMessage，封装报文内容、读取偏移量和指标存储的Map。

type PayloadMessage struct 
    Data         []byte
    Offset       int
    attributeMap *model.AttributeMap

1.2.2 报文解析API

由于引入协议树，协议解析过程parse() (ok bool)将不再适用。协议树中的个协议的解析成功不表示整个协议解析成功，需解析整颗树的协议是否成功，将API扩展为parse() (ok bool, complete bool)。

• 对于单层协议(HTTP)，返回为(ok, true)

基于以上几点需求，设计树形结构的报文解析器PkgParser。PkgParser定义了fastFail(快速识别失败) 和parser(解析单个报文)函数；每个协议只需注册自身的PkgParser即可接入整套流程。

**fastFail(message *PayloadMessage) (fail bool)**

• 声明协议是否识别失败，用于快速识别协议

**parser(message *PayloadMessage) (ok bool, complete bool)**

• 解析协议，将解析出的指标存储到message的Attributes中
• 返回是2个参数：

• 是否解析成功
• 是否解析完成 (默认为true，当为false主要是用于嵌套解析过程，例如先定义一个头解析，再定义不同的消息体解析)。

1.3 请求 / 响应解析

ProtocolParser定义了请求和响应的解析器，并提供ParseRequest()和ParseResponse() API用于解析请求和响应

其中response的message携带了request解析出的attributes指标，用于匹配。eg. kafka的correlationId request和response报文需一致，且response报文解析用到了request的key。

2 开发流程

2.1 添加协议名

const (
  HTTP      = "http"
  ...
  XX        = "xx" // 此处替换具体协议名
  ...
)

2.2 创建协议

analyzer/network/protocol目录下创建文件夹xx，xx替换为具体协议，并创建3个文件xx_parser.go、xx_request.go 和 xx_response.go

analyzer/network/protocol/xx
├── xx_parser.go           协议解析器
├── xx_request.go          实现请求解析流程
└── xx_response.go          实现响应解析流程

2.2.1 xx_request.go

实现fastfail()和parser()函数

func fastfailXXRequest() protocol.FastFailFn 
    return func(message *protocol.PayloadMessage) bool 
        // 根据报文实现具体的fastFail()函数
        return false
    


func parseXXRequest() protocol.ParsePkgFn 
    return func(message *protocol.PayloadMessage) (bool, bool) 
        // 解析报文内容
        contentKey := getContentKey(message.Data)
        if contentKey == "" 
            // 第一个参数false 表示解析失败，第二个参数表示报文解析完成
            return false, true
        

        // 通过AddStringAttribute() 或 AttIntAttribute() 存储解析出的属性
        message.AddStringAttribute(constlabels.ContentKey, contentKey)
        // 解析成功
        return true, true
    

2.2.2 xx_response.go

实现fastfail()和parser()函数

func fastfailXXResponse() protocol.FastFailFn 
    return func(message *protocol.PayloadMessage) bool 
        // 根据报文实现具体的fastFail()函数
        return false
    


func parseXXResponse() protocol.ParsePkgFn 
    return func(message *protocol.PayloadMessage) (bool, bool) 
        // 通过GetStringAttribute() 或 GetIntAttribute() 读取request解析后的参数
        contentKey := message.GetStringAttribute(constlabels.ContentKey)
        
        // 解析响应报文
        errorCode := getErrorCode(message)
        if errorCode > 20 
            // 有errorCode或errorMsg等常见，需定义IsError为true用于后续processor生成Metric
            message.AddBoolAttribute(constlabels.IsError, true)
            message.AddIntAttribute(constlabels.ErrorType, int64(constlabels.ProtocolError))
        
        message.AddStringAttribute(constlabels.XXErrorCode, errorCode)
        
        // 解析成功
        return true, true
    

2.2.3 xx_parser.go

定义协议解析器

func NewXXParser() *protocol.ProtocolParser 
    requestParser := protocol.CreatePkgParser(fastfailXXRequest(), parseXXRequest())
    // 当存在嵌套的协议解析 eg. 解析头 + 解析各类不同报文
    // 可通过 Add()添加子协议，生成一颗协议树解析，顶部是公共部分解析，分叉是各个不同报文解析
    //             Header
    //             / | \\
    //         API1 API2 API3
    //         /|\\
    //       v1 v2 v3
    responseParser := protocol.CreatePkgParser(fastfailXXResponse(), parseXXResponse())
    return protocol.NewProtocolParser(protocol.XX, requestParser, responseParser, nil)

2.2.4 factory.go

注册协议解析器

var (
    ...
    xx_parser   *protocol.ProtocolParser = xx.NewXXParser()
)

func GetParser(key string) *protocol.ProtocolParser 
    switch key 
        ...
        case protocol.XX:
            return xx_parser
        ...
        default:
            return nil
    

2.2.5 kindling-collector-config.yml

配置新增协议

analyzers:
  networkanalyzer:
    protocol_parser: [ http, mysql, dns, redis, kafka, xx ]

3 开发案例 - Dubbo2协议

3.1 dubbo2协议分析

根据官网提供的协议规范，解析网络抓包的数据。

• 前2个byte为魔数，可用于fastfail()方法
• 第3个byte包含Req/Resp、序列化方式等信息，可用于解析协议中判断是否合法报文。
• 第4个byte用于返回报文的错误码
• 第16个byte开始需通过指定的序列化方式解析报文内容，service name + method name可用于contentKey标识该请求的URL

3.2 声明协议名

const (
  ...
  DUBBO2    = "dubbo2"
  ...
)

3.3 实现dubbo2解析

创建协议相关文件

kindling/collector/analyzer/network/protocol/dubbo2
├── dubbo2_parser.go            Dubbo2解析器
├── dubbo2_request.go           实现请求解析流程
├── dubbo2_response.go          实现响应解析流程
└── dubbo2_serialize.go         Dubbo2反序列化器

3.3.1 dubbo2_request.go

声明request请求的fastFail函数

func fastfailDubbo2Request() protocol.FastFailFn 
    return func(message *protocol.PayloadMessage) bool 
        return len(message.Data) < 16 || message.Data[0] != MagicHigh || message.Data[1] 
以上是关于基于eBPF的云原生可观测性开源项目Kindling之Dubbo2 协议开发流程的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
 
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