分布式架构-可观测性-事件日志

Posted 2023-03-15 只会一点java

一、原理概览

日志用来记录系统运行期间发生过的离散事件。日志就像阳光与空气，无可或缺却不太被重视。打印日志简单，也并不简单，尤其是复杂的分布式系统，就很难只依靠 tail、grep、awk 来从日志中挖掘信息了，往往还要有专门的全局查询和可视化功能。此时，从打印日志到分析查询之间，还隔着收集、缓冲、聚合、加工、索引、存储等若干个步骤，如下图所示。

1.1 ELK

提到日志收集，大家最熟悉的套件莫过于ELK了，ELK 到底是什么呢？ “ELK”是三个开源项目的首字母缩写，这三个项目分别是：Elasticsearch、Logstash 和 Kibana。

• Elasticsearch 是一个搜索和分析引擎。
• Logstash 是服务器端数据处理管道，能够同时从多个来源采集数据，转换数据，然后将数据发送到诸如 Elasticsearch 等“存储库”中。
• Kibana 则可以让用户在 Elasticsearch 中使用图形和图表对数据进行可视化。

1.2 Elastic Stack

Elastic Stack 是 ELK Stack 的更新换代产品（加入了Beats轻量级数据采集组件）。为什么是Elastic Stack呢？www.elastic.co官网的UED是真的很有趣~，不信看官网介绍图（官网链接）：

 

接下来以Elastic Stack为例，详细讲解每个步骤的目的与方法。

二、详细步骤

2.1 输出

好的日志应该能做到像“流水账”一样，无有遗漏地记录信息，格式统一，内容恰当。恰当是指日志中不该出现的内容不要有，该有的不要少。

不要有：

• 避免打印敏感信息。任何程序员肯定都知道不该将密码，银行账号，身份证件这些敏感信息打到日志里。但一般没人管就不管了。一般安全部门或者架构师应该规范要求。
• 避免引用慢操作。日志中打印的信息应该是常量，如果需要调用远程服务，或者通过大量计算才能取到的话，那应该先考虑这项信息放到日志中是不是必要且恰当的。这个是比较危险的，可能导致日志打印延迟甚至丢失。
• 避免打印追踪诊断信息。日志中不要打印方法输入参数、输出结果、方法执行时长之类、整个实体对象的调试信息。日志的职责是记录事件，追踪诊断应由追踪系统去处理。
• 避免误导他人。日志中给日后调试除错的人挖坑是十分恶劣却又常见的行为。

要有：

• 处理请求时的 TraceID。请求没有附带 TraceID，应该自动生成。TraceID 是链路追踪里的概念，类似的还有用于标识进程内调用状况的 SpanID，在 Java 程序中这些都可以用 Spring Cloud Sleuth 来自动生成。
• 系统运行过程中的关键事件。日志的职责就是记录事件，原则上只要有价值就应该去记录，但应判断清楚事件的重要程度，选定相匹配的日志的级别。
• 启动时输出配置信息。系统启动时或者配置中心变化时更新的配置，应将非敏感的配置信息输出到日志中，譬如连接的数据库、临时目录的路径等等，初始化配置的逻辑一般只会执行一次，不便于诊断时复现，所以应该输出到日志中。

2.2 收集与缓冲

　　分布式系统处理一个请求要跨越多个服务节点，为了能看到跨节点的全部日志，就要有能覆盖整个链路的全局日志系统。这个需求决定了每个节点输出日志到文件后，必须将日志文件统一收集起来集中存储、索引，由此便催生了专门的日志收集器。最初，ELK 中日志收集与加工聚合的职责都是由 Logstash 来承担的。后来，Elastic.co 公司将所有需要在服务节点中处理的工作整理成以Libbeat为核心的Beats 框架，并使用 Golang 重写了一个功能较少，却更轻量高效的日志收集器，这就是今天流行的Filebeat。

　　日志收集器不仅要保证能覆盖全部数据来源，还要尽力保证日志数据的连续性，这其实并不容易做到。日志不应该追求绝对的完整精确，只追求在代价可承受的范围内保证尽可能地保证较高的数据质量。一种最常用的缓解压力的做法是将日志接收者从 Logstash 和 Elasticsearch 转移至抗压能力更强的队列缓存，譬如在 Logstash 之前架设一个 Kafka 或者 Redis 作为缓冲层，面对突发流量，Logstash 或 Elasticsearch 处理能力出现瓶颈时自动削峰填谷，甚至当它们短时间停顿，也不会丢失日志数据。

2.3 加工与聚合

将日志集中收集之后，存入 Elasticsearch 之前，一般还要对它们进行加工转换和聚合处理。

• Logstash 的基本职能是把日志行中的非结构化数据，通过 Grok 表达式语法转换为上面表格那样的结构化数据，进行结构化的同时，还可能会根据需要，调用其他插件来完成时间处理（统一时间格式）、类型转换（如字符串、数值的转换）、查询归类（譬如将 IP 地址根据地理信息库按省市归类）等额外处理工作，然后以 JSON 格式输出到 Elasticsearch 中。
• 聚合是 Logstash 的另一个常见职能。在收集日志后自动生成某些常用的、固定的聚合指标，这种聚合就会在 Logstash 中通过聚合插件来完成。

2.4 存储与查询

2.4.1 存储与查询

　　经过收集、缓冲、加工、聚合的日志数据，终于可以放入 Elasticsearch 中索引存储了。Elasticsearch 是整个Elastic Stack技术栈的核心，其他步骤的工具，如 Filebeat、Logstash、Kibana 都有替代品，唯独 Elasticsearch 在日志分析这方面完全没有什么值得一提的竞争者，几乎就是解决此问题的唯一答案。Elasticsearch 的优势正好与日志分析的需求完美契合：

• 从数据特征的角度看，日志是典型的基于时间的数据流，日志虽然增长速度很快，但已写入的数据几乎没有再发生变动的可能。日志的数据特征决定了所有用于日志分析的 Elasticsearch 都会使用时间范围作为索引，全部索引都可以预先创建，这免去了动态创建的寻找节点、创建分片、在集群中广播变动信息等开销。
• 从数据价值的角度看，日志基本上只会以最近的数据为检索目标，早期的数据将逐渐失去价值。这点决定了可以很容易区分出冷数据和热数据，进而对不同数据采用不一样的硬件策略。譬如为热数据配备 SSD 磁盘和更好的处理器，为冷数据配备 HDD 磁盘和较弱的处理器，甚至可以放到更为廉价的对象存储（如阿里云的 OSS，腾讯云的 COS，AWS 的 S3）中归档。

  注意，本节的主题是日志在可观测性方面的作用，另外还有一些基于日志的其他类型应用，譬如从日志记录的事件中去挖掘业务热点，分析用户习惯等等，这属于真正大数据挖掘的范畴，并不在我们讨论“价值”的范围之内，事实上它们更可能采用的技术栈是 HBase 与 Spark 的组合，而不是 Elastic Stack。

• 从数据使用的角度看，分析日志很依赖全文检索和即席查询，对实时性的要求是处于实时与离线两者之间的“近实时”，这些检索能力和近实时性，也正好都是 Elasticsearch 的强项。

2.4.2 UI展示

Elasticsearch 只提供了 API 层面的查询能力，通常搭配 Kibana 一起使用，Kibana 负责图形界面和展示。Kibana 宣传的核心能力是“探索数据并可视化”，即把存储在 Elasticsearch 中的数据被检索、聚合、统计后，定制形成各种图形、表格、指标、统计，以此观察系统的运行状态，找出日志事件中潜藏的规律和隐患。按 Kibana 官方的宣传语来说就是“一张图片胜过千万行日志”。如下图（图片来自Kibana 官网）：

 

 

 

 

=========参考====================

学习整理自凤凰架构：http://icyfenix.cn/distribution/observability/

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