搭建SkyWalking监控系统

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本文介绍了公司项目采用微服务架构，但由于服务太多，人工监控不可行，通过日志检测问题也很困难。因此，引入了开源APM工具SkyWalking来解决系统性能问题。另外，使用ES作为存储，并且说明了安装过程中的一些注意事项。最后，通过配置ES主节点解决了一些报错问题。

5分钟搭建SkyWalking监控系统

背景

在当前公司项目中，我们采用了微服务架构，并且拥有众多服务。考虑到项目的访问量非常大，采用人工监控的方式已经不可行。同时，想要通过日志来查找某个方法存在的性能问题也变得非常困难。然而，我们不能忽视系统性能问题的存在。目前，市面上有一些开源的APM（Application Performance Management）检测工具在这方面表现较好。

常见的监控工具对比

  • SkyWalking：中国人吴晟（华为）开源的一款分布式追踪，分析，告警的工具，现在是Apache旗下开源项目，对云原生支持，目前增长势头强劲，社区活跃，中文文档没有语言障碍。
  • Zipkin：Twitter公司开源的一个分布式追踪工具，被Spring Cloud Sleuth集成，使用广泛而稳定，需要在应用程序中埋点，对代码侵入性强
  • Pinpoint：一个韩国团队开源的产品，探针收集的数据粒度非常细，但性能损耗大，因其出现的时间较长，完成度很高。
  • Cat：美团大众点评开源的一款分布式链路追踪工具。需要在应用程序中埋点，对代码侵入性强。

在项目中，我们希望避免与其他代码产生冲突，并且尽量选择性能损耗较低的工具。同时，我们也重视工具的社区活跃度和文档完善程度，这是我们考虑的必要条件之一。通过对比以下参数表格，我们可以得出结论：相对而言，SkyWalking在各方面更具优势。因此，我们决定团队采用SkyWalking作为APM工具。

SkyWalking架构


搭建

本次搭建用ES作为存储，最开始用H2作内存存储，最后再接入ES，避免环节过多产生不可预知的错误

环境介绍：

本教程采用虚拟机(CentOS7) + Docker的架构来进行搭建，这种方案的优点在于使用Docker容器对各个组件进行隔离，能够快速、方便地模拟生产环境。

  • 创建网络
docker network create --subnet=172.18.0.0/16 mynet
  • 创建容器，有三个角色，一个是SkyWalking AOP(监控数据收集)，另一个和是ES(数据存储)，还有一个是Java WEB(被监控)
# SkyWalking APM
docker run -dit --net mynet --ip 172.18.0.30 -p 8090:8090 --name sw --privileged centos /usr/sbin/init
​
# Java App
docker run -dit --net mynet --ip 172.18.0.31 -p 8080:8080 --name javaApp --privileged centos /usr/sbin/init
​
# ES
docker run -dit --net mynet --ip 172.18.0.32 --name es1 --privileged centos /usr/sbin/init


安装Java环境

由于ES和SkyWalking 都需要Java环境，所以安装Java提出来放到最前面

# 安装java
yum -y install java-1.8.0-openjdk java-1.8.0-openjdk-devel which
​
# 环境变量设置
cat > /etc/profile.d/java8.sh <<EOF
export JAVA_HOME=$(dirname $(dirname $(readlink $(readlink $(which javac)))))
export PATH=\$PATH:\$JAVA_HOME/bin
export CLASSPATH=.:\$JAVA_HOME/jre/lib:\$JAVA_HOME/lib:\$JAVA_HOME/lib/tools.jar
EOF
source /etc/profile.d/java8.sh
​


安装SkyWalking OAP

SkyWalking OAP 即架构图中的下部分SkyWalking Observability Analysis Platform，如下图所示


本次下载安装的是apache-skywalking-apm-es7-8.3.0.tar.gz，其他版本请参考：skywalking.apache.org/d

注意安装之前一点要先安装Java环境，否则启动不成功但是启动脚本还是会显示启动成功。

yum install -y wget vim telnet
​
cd ~
# 下载
wget https://downloads.apache.org/skywalking/8.3.0/apache-skywalking-apm-es7-8.3.0.tar.gz
# 解压
tar xf apache-skywalking-apm-es7-8.3.0.tar.gz -C /usr/local
mv /usr/local/apache-skywalking-apm-bin-es7 /usr/local/skywalking-8.3.0

启动OAP

# 启动OAP
/usr/local/skywalking-8.3.0/bin/oapService.sh
​
# 查看日志
tail -f /usr/local/skywalking-8.3.0/logs/skywalking-oap-server.log

查看OAP监听端口

grep 'gRPCPort:' /usr/local/skywalking-8.3.0/config/application.yml 
gRPCPort: ${SW_CORE_GRPC_PORT:11800}
gRPCPort: ${SW_RECEIVER_GRPC_PORT:0}
gRPCPort: ${SW_RECEIVER_JAEGER_PORT:14250}
​

可以看到SkyWalking OAP默认监听端口为11800，测试下端口是否通

telnet 127.0.0.1 11800
# 出现下面回显说明端口通
Trying 127.0.0.1...
Connected to 127.0.0.1.
Escape character is '^]'.

启动SkyWalking UI

vim /usr/local/skywalking-8.3.0/webapp/webapp.yml

SkyWalking UI默认端口为8080与很多中间件有冲突，改成其他的，本例为8090

server:
  port: 8090

启动

# 启动UI
/usr/local/skywalking-8.3.0/bin/webappService.sh

访问一下http://192.168.108.100:8090，如果能访问，说明启动成功



开启SkyWalking Agent

所谓"Agent"指的是SkyWalking的代理，用于从各种平台（如Java、Python等）收集监控数据。例如，在这种情况下，我们以Java应用（Spring Boot）为例，收集由Java应用程序生成的各种监控数据。

准备一个Jar包

随便准备个Jar包能跑的就行，此处我的jar名字为admin-2.0.1.RELEASE.jar

配置SkyWalking Java端的Agent

作为IT工程师，我们需要在每台收集机器上复制代理（Agent），每台机器都需要进行一次复制操作。鉴于我们使用的是Docker容器，复制操作需要在宿主机上完成，并将代理进一步复制到运行JavaWeb应用的机器上。

# 拷贝agent到宿主机
docker cp sw:/usr/local/skywalking-8.3.0/agent  /tmp
# 再从宿主机拷贝到目标容器
docker cp /tmp/agent/ javaApp:/root/javaApp/agent

配置Agent

vim /root/javaApp/agent/config/agent.config
  • backend_service设置成OAP的ip和端口
  • sample_n_per_3_secs表示每3秒采样一样，配置说明：在访问量较少时，链路全量收集不会对系统带来太大负担，能够完整的观测到系统的运行状况。但是在访问量较大时，全量的链路收集，对链路收集的客户端（agent探针）、服务端（SkyWalking OAP）、存储器（例如说 Elastcsearch）都会带来较大的性能开销，甚至会影响应用的正常运行。在访问量级较大的情况下，往往会选择抽样采样，只收集部分链路信息。SkyWalking Agent 在 agent/config/agent.config 配置文件中，定义了 agent.sample_n_per_3_secs 配置项，设置每 3 秒可收集的链路数据的数量。
collector.backend_service=${SW_AGENT_COLLECTOR_BACKEND_SERVICES:172.18.0.30:11800}
agent.sample_n_per_3_secs=${SW_AGENT_SAMPLE:1}

运行jar包，指定-javaagent与skywalking.agent.service_name，后者就是SkyWalking UI上显示的名字

nohup java -javaagent:/root/javaApp/agent/skywalking-agent.jar -Dskywalking.agent.service_name=admin  -jar admin-2.0.1.RELEASE.jar > admin.log 2>&1 &

效果查看

  • 仪表盘


  • 拓扑图


  • 链路追踪


安装ES

H2被设计为一种内存存储系统，其主要目标是提供快速验证和响应能力。然而，它并不具备足够的稳定性来支持线上系统的运行。因此，在线上环境中，我们必须选择更可靠的存储解决方案。

从专业角度来看，Elasticsearch（简称ES）是一个理想的选择。首先，ES以其卓越的搜索速度而闻名，而这正好满足了后台查询的要求。其次，ES采用分布式存储架构，因此可以有效解决处理大数据量的难题。

参考： 安装并运行 Elasticsearch

首先进入容器

docker exec -it es1 bash

常用工具安装

yum install -y wget

在Download Elasticsearch选择合适的平台下载好包，我下载的是elasticsearch-7.10.1-linux-x86_64.tar.gz

# 下载
cd ~ && wget https://artifacts.elastic.co/downloads/elasticsearch/elasticsearch-7.10.1-linux-x86_64.tar.gz

# 解压
tar -zxvf elasticsearch-7.10.1-linux-x86_64.tar.gz

# 拷贝
cp -r elasticsearch-7.10.1 /usr/local/

# 运行
/usr/local/elasticsearch-7.10.1/bin/elasticsearch

运行后此时你会得到一个报错：java.lang.RuntimeException: can not run elasticsearch as root

原因很明显，不能用root运行，那么新建用户再运行

# 新建用户
adduser elasticsearch

# 赋权
chown -R elasticsearch /usr/local/elasticsearch-7.10.1

# 切换用户再执行
su elasticsearch
/usr/local/elasticsearch-7.10.1/bin/elasticsearch

# 后台执行
/usr/local/elasticsearch-7.10.1/bin/elasticsearch -d

测试，如果curl 127.0.0.1:9200有类似以下回显说明成功

{
  "name" : "74e37036a2ee",
  "cluster_name" : "elasticsearch",
  "cluster_uuid" : "L8xK0ZqZSUKn3dZ05NJfcg",
  "version" : {
    "number" : "7.10.1",
    "build_flavor" : "default",
    "build_type" : "tar",
    "build_hash" : "1c34507e66d7db1211f66f3513706fdf548736aa",
    "build_date" : "2020-12-05T01:00:33.671820Z",
    "build_snapshot" : false,
    "lucene_version" : "8.7.0",
    "minimum_wire_compatibility_version" : "6.8.0",
    "minimum_index_compatibility_version" : "6.0.0-beta1"
  },
  "tagline" : "You Know, for Search"
}

修改配置文件及问题排查

此时发现只能用127.0.0.1访问，不能用 curl 172.18.0.32:9200访问，因为没设置network.host，下面设置一下，顺便加上允许跨域的设置http.cors.enabled、http.cors.allow-origin，sed -i '$a内容' file 是在文件末尾追加

sed -i '$ahttp.cors.enabled: true' /usr/local/elasticsearch-7.10.1/config/elasticsearch.yml
sed -i '$ahttp.cors.allow-origin: "*"' /usr/local/elasticsearch-7.10.1/config/elasticsearch.yml
sed -i '$anetwork.host: 172.18.0.32' /usr/local/elasticsearch-7.10.1/config/elasticsearch.yml

此时启动es，发现启动失败，报错如下：

[2021-01-13T13:46:30,780][INFO ][o.e.t.TransportService   ] [a622d8352de5] publish_address {172.18.0.12:9300}, bound_addresses {172.18.0.12:9300}
[2021-01-13T13:46:31,039][INFO ][o.e.b.BootstrapChecks    ] [a622d8352de5] bound or publishing to a non-loopback address, enforcing bootstrap checks
[2021-01-13T13:46:31,066][ERROR][o.e.b.Bootstrap          ] [a622d8352de5] node validation exception
[2] bootstrap checks failed
[1]: max virtual memory areas vm.max_map_count [65530] is too low, increase to at least [262144]
[2]: the default discovery settings are unsuitable for production use; at least one of [discovery.seed_hosts, discovery.seed_providers, cluster.initial_master_nodes] must be configured
[2021-01-13T13:46:31,069][INFO ][o.e.n.Node               ] [a622d8352de5] stopping ...
[2021-01-13T13:46:31,094][INFO ][o.e.n.Node               ] [a622d8352de5] stopped
[2021-01-13T13:46:31,095][INFO ][o.e.n.Node               ] [a622d8352de5] closing ...
[2021-01-13T13:46:31,116][INFO ][o.e.n.Node               ] [a622d8352de5] closed
[2021-01-13T13:46:31,119][INFO ][o.e.x.m.p.NativeController] [a622d8352de5] Native controller process has stopped - no new native processes can be started

针对错误的修改需求如下：绑定地址不应为本地回环接口，而是应该绑定到生产环境中的特定地址。为了确保正确的绑定，Elasticsearch会执行启动时的强制引导检查。如果绑定的地址不适合生产环境，系统将不允许启动。因此，需要修改错误配置以达到正确的绑定条件。

[1]: max virtual memory areas vm.max_map_count [65530] is too low, increase to at least [262144]
[2]: the default discovery settings are unsuitable for production use; at least one of [discovery.seed_hosts, discovery.seed_providers, cluster.initial_master_nodes] must be configured
  • [1]
# 切换到root用户执行
sed -i '$avm.max_map_count=262144' /etc/sysctl.conf
sysctl -p
  • [2]
# 追加这句配置
sed -i '$adiscovery.seed_hosts: ["172.18.0.32"]' /usr/local/elasticsearch-7.10.1/config/elasticsearch.yml
  • [3]
# 配置集群名称，后面OAP要用
sed -i '$acluster.name: my-application' /usr/local/elasticsearch-7.10.1/config/elasticsearch.yml

此时再次启动就不会报错了，如果还是报错，请根据es的报错提示进行更改

试一下用本机IP能访问不：curl 172.18.0.32:9200

配置SkyWalking OAP接入ES

vim /usr/local/skywalking-8.3.0/config/application.yml

作为IT工程师，我会重新表达这段文字以表达更专业的意思。 主要的配置选项是storage，selector可以进行选择。只有在配置选项被选定后才会生效。其中，主要需要配置的选项是nameSpace和clusterNodes。

  • nameSpace就是ES中配置的cluster.name，一定要一致
  • clusterNodes即为ES集群的IP端口
storage:
  selector: ${SW_STORAGE:elasticsearch7}
  elasticsearch7:
    nameSpace: ${SW_NAMESPACE:"my-application"}
    clusterNodes: ${SW_STORAGE_ES_CLUSTER_NODES:172.18.0.32:9200}
    indexShardsNumber: ${SW_STORAGE_ES_INDEX_SHARDS_NUMBER:1} # Shard number of new indexes
    indexReplicasNumber: ${SW_STORAGE_ES_INDEX_REPLICAS_NUMBER:1} # Replicas number of new indexes

启动OAP

# 启动OAP
/usr/local/skywalking-8.3.0/bin/oapService.sh

# 查看日志
tail -f /usr/local/skywalking-8.3.0/logs/skywalking-oap-server.log


SkyWalking OAP接入ES 问题排查

启动后发现SkyWalking OAP报错如下：

2021-01-23 08:12:58,935 - org.apache.skywalking.oap.server.starter.OAPServerBootstrap - 57 [main] ERROR [] - method [HEAD], host [http://172.18.0.32:9200], URI [/_template/my-application_alarm_record?master_timeout=30s], status line [HTTP/1.1 503 Service Unavailable]
org.elasticsearch.ElasticsearchStatusException: method [HEAD], host [http://172.18.0.32:9200], URI [/_template/my-application_alarm_record?master_timeout=30s], status line [HTTP/1.1 503 Service Unavailable]
        at org.elasticsearch.client.RestHighLevelClient.parseResponseException(RestHighLevelClient.java:1767) ~[elasticsearch-rest-high-level-client-7.5.0.jar:7.5.0]

去看了下ES后台，也报错了

org.elasticsearch.discovery.MasterNotDiscoveredException: null
        at org.elasticsearch.action.support.master.TransportMasterNodeAction$AsyncSingleAction$2.onTimeout(TransportMasterNodeAction.java:230) [elasticsearch-7.10.1.jar:7.10.1]
        at org.elasticsearch.cluster.ClusterStateObserver$ContextPreservingListener.onTimeout(ClusterStateObserver.java:335) [elasticsearch-7.10.1.jar:7.10.1]

而且ES一直在提醒如下内容

[2021-01-23T08:25:07,993][WARN ][o.e.c.c.ClusterFormationFailureHelper] [3546a7854be2] master not discovered yet, this node has not previously joined a bootstrapped (v7+) cluster, and this node must discover master-eligible nodes [master] to bootstrap a cluster: have discovered

这是ES主节点配置有问题，现在我们就一台ES，所以配置这台为主节点，加入如下配置

vi  /usr/local/elasticsearch-7.10.1/config/elasticsearch.yml

node.name: node-1
cluster.initial_master_nodes: ["node-1"]

再次依次重新启动ES和OAP就没有问题了

参考

本文介绍了如何解决微服务架构下的性能问题，引入了开源APM工具SkyWalking，并且使用了ES作为存储。文章还提到了安装过程中的注意事项，以及解决报错问题的方法。这些方法可以提高系统的性能和稳定性。

参考链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/346605953

#微服务架构 #性能问题 #开源APM工具 #ES存储 #Java环境
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