[Linux] Istio 调用链埋点原理剖析—是否真的“零修改”？

Istio makes it easy to create a network of deployed services with load balancing, service-to-service authentication, monitoring, and more, without any changes in service code.

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• Trace：一次完整的分布式调用跟踪链路。
  
• Span：跨服务的一次调用； 多个 Span 组合成一次 Trace 追踪记录。
  
  
  
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• Productpage ：Productpage 服务会调用 Details 和 Reviews 两个服务，用来生成页面。
  
• Details ：这个微服务包含了书籍的信息。
  
• Reviews ：这个微服务包含了书籍相关的评论。并调用 Ratings 微服务。
  
• Ratings ：Ratings 微服务中包含了由书籍评价组成的评级信息。
  
  
  
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• Inbound 流量：对于经过 Sidecar 流入应用程序的流量，如果经过 Sidecar 时 Header 中没有任何跟踪相关的信息，则会在创建一个根 Span，TraceId 就是这个 SpanId，然后再将请求传递给业务容器的服务；如果请求中包含 Trace 相关的信息，则 Sidecar 从中提取 Trace 的上下文信息并发给应用程序。
  
• Outbound 流量：对于经过 Sidecar 流出的流量，如果经过 Sidecar 时 Header 中没有任何跟踪相关的信息，则会创建根 Span，并将该跟 Span 相关上下文信息放在请求头中传递给下一个调用的服务；当存在 Trace 信息时，Sidecar 从 Header 中提取 Span 相关信息，并基于这个 Span 创建子 Span，并将新的 Span 信息加在请求头中传递。
  
  
  
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• 首先从调用入口的 Gateway 开始，Gateway 作为一个独立部署在一个 pod 中的 Envoy 进程，当有请求过来时，它会将请求转给入口服务 Productpage。Gateway 这个 Envoy 在发出请求时里面没有 Trace 信息，会生成一个根 Span：SpanId 和 TraceId 都是 f79a31352fe7cae9，因为是第一个调用链上的第一个 Span，也就是一般说的根 Span，所有 ParentId 为空，在这个时候会记录 CS（Client Send）；
  
• 请求从入口 Gateway 这个 Envoy 进入 Productpage 的 app 业务进程其 Inbound 流量被 Productpage Pod 内的 Envoy 拦截，Envoy 处理请求头中带着 Trace 信息，记录 SR(Server Received)，并将请求发送给 Productpage 业务容器处理，Productpage 在处理请求的业务方法中在接受调用的参数时，除了接受一般的业务参数外，同时解析请求中的调用链 Header 信息，并把 Header 中的 Trace 信息传递给了调用的 Details 和 Reviews 的微服务。
  
• 从 Productpage 出去的请求到达 Reviews 服务前，其 Oubtbound 流量又一次通过同 Pod 的 Envoy，Envoy 埋点逻辑检查 Header 中包含了 Trace 相关信息，在将请求发出前会做客户端的调用链埋点，即以当前 Span 为 parent Span，生成一个子 Span：新的 SpanId cb4c86fb667f3114，TraceId 保持一致 9a31352fe7cae9，ParentId 就是上个 Span 的 Id： f79a31352fe7cae9。
  
• 从 Productpage 到 Reviews 的请求经过 Productpage 的 Sidecar 走 LB 后，发给一个 Reviews 的实例。请求在到达 Reviews 业务容器前，同样也被 Reviews 的 Envoy 拦截，Envoy 检查从 Header 中解析出 Trace 信息存在，则发送 Trace 信息给 Reviews。Reviews 处理请求的服务端代码中同样接收和解析出这些包含 Trace 的 Header 信息，发送给下一个 Ratings 服务。
  
  
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{
"traceId": "f79a31352fe7cae9",
"id": "cb4c86fb667f3114",
"name": "reviews-route",
"parentId": "f79a31352fe7cae9",
"timestamp": 1536132571847838,
"duration": 64849,
"annotations": [
{
"timestamp": 1536132571847838,
"value": "cs",
"endpoint": {
"serviceName": "productpage",
"ipv4": "172.16.0.33"
}
},
{
"timestamp": 1536132571848121,
"value": "sr",
"endpoint": {
"serviceName": "reviews",
"ipv4": "172.16.0.32"
}
},
{
"timestamp": 1536132571912403,
"value": "ss",
"endpoint": {
"serviceName": "reviews",
"ipv4": "172.16.0.32"
}
},
{
"timestamp": 1536132571912687,
"value": "cr",
"endpoint": {
"serviceName": "productpage",
"ipv4": "172.16.0.33"
}
}
],
"binaryAnnotations": [
{
"key": "http.status_code",
"value": "200",
"endpoint": {
"serviceName": "reviews",
"ipv4": "172.16.0.32"
}
},
{
"key": "http.url",
"value": "http://reviews:9080/reviews/0",
"endpoint": {
"serviceName": "productpage",
"ipv4": "172.16.0.33"
}
},
{
"key": "response_size",
"value": "375",
"endpoint": {
"serviceName": "reviews",
"ipv4": "172.16.0.32"
}
}     
]
}

@app.route('/productpage')
def front():
product_id = 0 # TODO: replace default value
Headers = getForwardHeaders(Request)
…
detailsStatus, details = getProductDetails(product_id, headers)
reviewsStatus, reviews = getProductReviews(product_id, headers)
return …
def getForwardHeaders(request):
Headers = {}
incoming_Headers = [ 'x-request-id',
'x-b3-traceid',
'x-b3-spanId',
'x-b3-parentspanid',
'x-b3-sampled',
'x-b3-flags',
'x-ot-span-context'
]
for ihdr in incoming_Headers:
val = request.headers.get(ihdr)
if val is not None:
headers[ihdr] = val
return headers

def getProductReviews(product_id, headers):
url = reviews['name'] + "/" + reviews['endpoint'] + "/" + str(product_id)
res = requests.get(url, headers=Headers, timeout=3.0)

@GET
@Path("/reviews/{productId}")
public Response bookReviewsById(@PathParam("productId") int productId,
@HeaderParam("end-user") String user,
@HeaderParam("x-request-id") String xreq,
@HeaderParam("x-b3-traceid") String xTraceId,
@HeaderParam("x-b3-spanid") String xSpanId,
@HeaderParam("x-b3-parentspanid") String xparentSpanId,
@HeaderParam("x-b3-sampled") String xsampled,
@HeaderParam("x-b3-flags") String xflags,
@HeaderParam("x-ot-span-context") String xotSpan)

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• Istio 的绝大多数治理能力都是在 Sidecar 而非应用程序中实现，因此是非侵入的；
  
• Istio 的调用链埋点逻辑也是在 Sidecar 代理中完成，对应用程序非侵入，但应用程序需做适当的修改，即配合在请求头上传递生成的 Trace 相关信息。
  
  
  
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