应用监控

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写在前面

应用监控实际要比 OS、中间件的监控更为关键，因为某个 OS 层面的指标异常，比如 CPU 飙高了，未必会影响终端用户的体验，但是应用层面的监控指标出问题，通常就会影响客户的感受、甚至影响客户的付费。

针对应用监控，Google提出了 4 个黄金指标，分别是：流量、延迟、错误、饱和度，其中前面 3 个指标都可以通过内嵌 SDK 的方式埋点采集，本节重点介绍这种方式。当然了，内嵌 SDK 有较强的代码侵入性，如果业务研发难以配合，也可以采用解析日志的方案，这个超出了夜莺（夜莺是指标监控系统）的范畴，大家如果感兴趣，可以了解一下快猫的商业化产品

埋点工具

最常见的通用埋点工具有两个，一个是 statsd，一个是 prometheus SDK，当然，各个语言也会有自己的更方便的方式，比如 Java 生态使用 micrometer 较多，如果是 SpringBoot 的程序，则使用 actuator 会更便捷，actuator 底层就是使用 micrometer。

夜莺自身监控

我们就以夜莺自身的代码举例，讲解如何内嵌埋点工具，这里选择 prometheus SDK 作为埋点方案。

夜莺核心模块有两个，Webapi 主要是提供 HTTP 接口给 JavaScript 调用，Server 主要是负责接收监控数据，处理告警规则，这两个模块都引入了 Prometheus 的 Go 的SDK，用此方式做 App Performance 监控，本节以夜莺的代码为例，讲解如何使用 Prometheus 的 SDK。

Webapi

Webapi 模块主要统计两个内容，一个是请求的数量统计，一个是请求的延迟统计，统计时，要用不同的 Label 做维度区分，后面就可以通过不同的维度做多种多样的统计分析，对于 HTTP 请求，规划 4 个核心 Label，分别是：service、code、path、method。service 标识服务名称，要求全局唯一，便于和其他服务名称区分开，比如 Webapi 模块，就定义为 n9e-webapi，code 是 HTTP 返回的状态码，200 就表示成功数量，其他 code 就是失败的，后面我们可以据此统计成功率，method 是 HTTP 方法，GET、POST、PUT、DELETE 等，比如新增用户和获取用户列表可能都是 /api/n9e/users，从路径上无法区分，只能再加上 method 才能区分开。

path 着重说一下，表示请求路径，比如上面提到的/api/n9e/users，但是，在 restful 实践中，url 中经常会有参数，比如获取编号为1的用户的信息，接口是/api/n9e/user/1，获取编号为2的用户信息，接口是/api/n9e/user/2，如果这俩带有用户编号的 url 都作为 Label，会造成时序库索引爆炸，而且从业务方使用角度来看，我们也不关注编号为1的用户获取请求还是编号为2的用户获取请求，而是关注整体的GET /api/n9e/user/:id这个接口的监控数据。所以我们在设置 Label 的时候，要把path设置为/api/n9e/user/:id，而不是那具体的带有用户编号的 url 路径。夜莺用的 gin 框架，gin 框架有个 FullPath 方法就是获取这个信息的，比较方便。

首先，我们在 Webapi 下面创建一个 stat package，放置相关统计变量：

package stat
import (
    "time"
    "github.com/prometheus/client_golang/prometheus"
)
const Service = "n9e-webapi"
var (
    labels = []string{"service", "code", "path", "method"}
    uptime = prometheus.NewCounterVec(
        prometheus.CounterOpts{
            Name: "uptime",
            Help: "HTTP service uptime.",
        }, []string{"service"},
    )
    RequestCounter = prometheus.NewCounterVec(
        prometheus.CounterOpts{
            Name: "http_request_count_total",
            Help: "Total number of HTTP requests made.",
        }, labels,
    )
    RequestDuration = prometheus.NewHistogramVec(
        prometheus.HistogramOpts{
            Buckets: []float64{.01, .1, 1, 10},
            Name:    "http_request_duration_seconds",
            Help:    "HTTP request latencies in seconds.",
        }, labels,
    )
)
func Init() {
    // Register the summary and the histogram with Prometheus's default registry.
    prometheus.MustRegister(
        uptime,
        RequestCounter,
        RequestDuration,
    )
    go recordUptime()
}
// recordUptime increases service uptime per second.
func recordUptime() {
    for range time.Tick(time.Second) {
        uptime.WithLabelValues(Service).Inc()
    }
}

uptime 变量是顺手为之，统计进程启动了多久时间，不用太关注，RequestCounter 和 RequestDuration，分别统计请求流量和请求延迟。Init 方法是在 Webapi 模块进程初始化的时候调用，所以进程一起，就会自动注册好。

然后我们写一个 middleware，在请求进来的时候拦截一下，省的每个请求都要去统计，middleware 方法的代码如下：

import (
    ...
    promstat "github.com/didi/nightingale/v5/src/webapi/stat"
)
func stat() gin.HandlerFunc {
    return func(c *gin.Context) {
        start := time.Now()
        c.Next()
        code := fmt.Sprintf("%d", c.Writer.Status())
        method := c.Request.Method
        labels := []string{promstat.Service, code, c.FullPath(), method}
        promstat.RequestCounter.WithLabelValues(labels...).Inc()
        promstat.RequestDuration.WithLabelValues(labels...).Observe(float64(time.Since(start).Seconds()))
    }
}

有了这个 middleware 之后，new 出 gin 的 engine 的时候，就立马 Use 一下，代码如下：

...
r := gin.New()
r.Use(stat())
...

最后，监控数据要通过/metrics接口暴露出去，我们要暴露这个请求端点，代码如下：

import (
    ...
    "github.com/prometheus/client_golang/prometheus/promhttp"
)
func configRoute(r *gin.Engine, version string) {
    ...
    r.GET("/metrics", gin.WrapH(promhttp.Handler()))
}

如上，每个 Webapi 的接口的流量和成功率都可以监控到了。如果你也部署了夜莺，请求 Webapi 的端口（默认是18000）的 /metrics 接口看看吧。

💡

如果服务部署多个实例，甚至多个 region，多个环境，上面的 4 个 Label 就不够用了，因为只有这 4 个 Label 不足以唯一标识一个具体的实例，此时需要 env、region、instance 这种 Label，这些 Label不 需要在代码里埋点，在采集的时候一般可以附加额外的标签，通过附加标签的方式来处理即可

Server

Server 模块的监控，和 Webapi 模块的监控差异较大，因为关注点不同，Webapi 关注的是 HTTP 接口的请求量和延迟，而 Server 模块关注的是接收了多少监控指标，内部事件队列的长度，从数据库同步告警规则花费多久，同步了多少条数据等，所以，我们也需要在 Server 的 package 下创建一个 stat 包，stat 包下放置 stat.go，内容如下：

package stat
import (
    "github.com/prometheus/client_golang/prometheus"
)
const (
    namespace = "n9e"
    subsystem = "server"
)
var (
    // 各个周期性任务的执行耗时
    GaugeCronDuration = prometheus.NewGaugeVec(prometheus.GaugeOpts{
        Namespace: namespace,
        Subsystem: subsystem,
        Name:      "cron_duration",
        Help:      "Cron method use duration, unit: ms.",
    }, []string{"cluster", "name"})
    // 从数据库同步数据的时候，同步的条数
    GaugeSyncNumber = prometheus.NewGaugeVec(prometheus.GaugeOpts{
        Namespace: namespace,
        Subsystem: subsystem,
        Name:      "cron_sync_number",
        Help:      "Cron sync number.",
    }, []string{"cluster", "name"})
    // 从各个接收接口接收到的监控数据总量
    CounterSampleTotal = prometheus.NewCounterVec(prometheus.CounterOpts{
        Namespace: namespace,
        Subsystem: subsystem,
        Name:      "samples_received_total",
        Help:      "Total number samples received.",
    }, []string{"cluster", "channel"})
    // 产生的告警总量
    CounterAlertsTotal = prometheus.NewCounterVec(prometheus.CounterOpts{
        Namespace: namespace,
        Subsystem: subsystem,
        Name:      "alerts_total",
        Help:      "Total number alert events.",
    }, []string{"cluster"})
    // 内存中的告警事件队列的长度
    GaugeAlertQueueSize = prometheus.NewGaugeVec(prometheus.GaugeOpts{
        Namespace: namespace,
        Subsystem: subsystem,
        Name:      "alert_queue_size",
        Help:      "The size of alert queue.",
    }, []string{"cluster"})
)
func Init() {
    // Register the summary and the histogram with Prometheus's default registry.
    prometheus.MustRegister(
        GaugeCronDuration,
        GaugeSyncNumber,
        CounterSampleTotal,
        CounterAlertsTotal,
        GaugeAlertQueueSize,
    )
}

定义一个监控指标，除了 name 之外，还可以设置 namespace、subsystem，最终通过 /metrics 接口暴露的时候，可以发现：监控指标的最终名字，就是$namespace_$subsystem_$name，三者拼接在一起。Webapi 模块的监控代码中我们看到了 counter 类型和 histogram 类型的处理，这次我们拿 GaugeAlertQueueSize 举例，这是个 GAUGE 类型的统计数据，起一个 goroutine 周期性获取队列长度，然后 Set 到 GaugeAlertQueueSize 中：

package engine
import (
    "context"
    "time"
    "github.com/didi/nightingale/v5/src/server/config"
    promstat "github.com/didi/nightingale/v5/src/server/stat"
)
func Start(ctx context.Context) error {
    ...
    go reportQueueSize()
    return nil
}
func reportQueueSize() {
    for {
        time.Sleep(time.Second)
        promstat.GaugeAlertQueueSize.WithLabelValues(config.C.ClusterName).Set(float64(EventQueue.Len()))
    }
}

另外，Init 方法要在 Server 模块初始化的时候调用，Server 的 router.go 中要暴露 /metrics 端点路径，这些就不再详述了，大家可以扒拉一下夜莺的代码看一下。

数据抓取

应用自身的监控数据已经通过 /metrics 接口暴露了，后续采集规则可以在 prometheus.yml 中配置，prometheus.yml 中有个 section 叫：scrape_configs 可以配置抓取目标，这是 Prometheus 范畴的知识了，大家可以参考Prometheus官网。

或者，大家也可以使用 Categraf 的 prometheus 插件抓取 /metrics 数据，就是把 url 配置进去即可，比较容易。

参考资料

• https://prometheus.io/docs/instrumenting/clientlibs/
• https://github.com/prometheus/client_golang/tree/master/examples