可觀測性不是一個(gè)新鮮的名詞，但是近年來隨著云原生技術(shù)的發(fā)展，在帶來效率、可用性提升的同時(shí)也增加了復(fù)雜度，而可觀測性成為降低這種復(fù)雜度的唯一手段，因此被推到了前所未有的重要地位。

Gartner將應(yīng)用可觀測性（Applied Observability）列為“2023年十大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢”之一，并指出，到2026年，70%成功實(shí)現(xiàn)可觀測性的企業(yè)機(jī)構(gòu)，將能夠降低決策延遲，幫助目標(biāo)業(yè)務(wù)或IT流程建立競爭優(yōu)勢。

那么，云原生時(shí)代的可觀測性有哪些新挑戰(zhàn)和新趨勢？

1.云原生帶來可觀測性變革

可觀測性，是指通過分析系統(tǒng)的Metrics（指標(biāo)）、Traces（鏈路）、Logs（日志）等數(shù)據(jù)，構(gòu)建完整的觀測模型，從而實(shí)現(xiàn)故障診斷、根因分析和快速恢復(fù)。

對(duì)此，谷歌有一個(gè)很簡單的表述，快速排障（troubleshooting），即可觀測性的核心價(jià)值。

盡管近年來可觀測性頗有一點(diǎn)“網(wǎng)紅”氣質(zhì)，但可觀測性也是由傳統(tǒng)監(jiān)控演進(jìn)而來的。

傳統(tǒng)監(jiān)控是面向運(yùn)維視角的，從系統(tǒng)外部視角去觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)用規(guī)模普遍較小且服務(wù)之間沒有互相依賴，更多是通過閾值來監(jiān)控單體主機(jī)的日志和性能指標(biāo)。

隨著云原生技術(shù)的發(fā)展，基于容器和微服務(wù)化的應(yīng)用規(guī)模更加龐大，服務(wù)之間依賴呈現(xiàn)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，復(fù)雜的云上環(huán)境以及分布式系統(tǒng)的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性，使得故障定界、調(diào)用追蹤非常不明朗。

例如，雖然很多容器化應(yīng)用上線有著開箱即用、快速發(fā)布的這些好處，但也有很多的網(wǎng)絡(luò)流量抓取不到。

在這種情況下，其實(shí)很難通過傳統(tǒng)的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)流量抓包分析，云環(huán)境網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控“黑盒”的短板也逐步暴露了出來。

以往的日志、性能指標(biāo)監(jiān)控能力，就需要補(bǔ)充面向云網(wǎng)絡(luò)的流量日志與性能指標(biāo)，同時(shí)結(jié)合動(dòng)態(tài)的全鏈路追蹤能力，實(shí)現(xiàn)多維數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析，提供整體應(yīng)用的可靠性保障。

因此，云原生可觀測性被提出來了，要求從系統(tǒng)內(nèi)部出發(fā)，基于“白盒化”的思路去監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)行情況，不僅發(fā)現(xiàn)問題，更對(duì)于問題現(xiàn)象背后本質(zhì)給出明晰解釋。

而可觀測性背后的指標(biāo)、日志、事件、鏈路數(shù)據(jù)，以及診斷工具的結(jié)合使用，就為事前預(yù)防、事中處理、事后復(fù)盤提供了重要決策依據(jù)。

可以說，可觀測性是基礎(chǔ)設(shè)施自動(dòng)化的基石，優(yōu)秀的可觀測性是確保云原生紅利高效釋放的前提條件。

2.可觀測性的三大維度

云原生計(jì)算基金會(huì)CNCF將可觀測性分解為三個(gè)更具體方向進(jìn)行研究，分別是：事件日志、鏈路追蹤和聚合度量。

• 日志（Logging）

日志的職責(zé)是記錄離散事件，通過這些記錄事后分析出程序的行為，譬如曾經(jīng)調(diào)用過什么方法，曾經(jīng)操作過哪些數(shù)據(jù)等等。

輸出日志的確很容易，但收集和分析日志卻可能會(huì)很復(fù)雜。面對(duì)成千上萬的集群節(jié)點(diǎn)，迅速滾動(dòng)的事件信息，數(shù)以TB計(jì)算的文本，傳輸與歸集都并不簡單。

目前，事件日志可觀測產(chǎn)品已經(jīng)是一片紅海。

日志管理方案大都包含日志收集、日志聚合、日志存儲(chǔ)與分析幾個(gè)模塊，具體過程是日志收集工具與應(yīng)用程序容器一起運(yùn)行，并直接從應(yīng)用程序收集消息，然后將消息轉(zhuǎn)發(fā)到中央日志存儲(chǔ)以進(jìn)行匯總和分析。

常見的日志管理工具包括ELK Stack、Fluentd、Loki等。其中，Elastic Stack日志解決方案幾乎覆蓋了日志管理的全流程。

• 度量（Metrics）

度量是指對(duì)系統(tǒng)中某一類信息的統(tǒng)計(jì)聚合，主要目的是監(jiān)控和預(yù)警，如某些度量指標(biāo)達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)閾值時(shí)觸發(fā)事件，以便自動(dòng)處理或者提醒管理員介入。

度量常用的工具包括：Zabbix、Nagios、Prometheus，及相關(guān)高可用部署方案如Prometheus-operator、Thanos。

• 追蹤（Tracing）

追蹤的主要目的是排查故障如：分析調(diào)用鏈的哪一部分、哪個(gè)方法出現(xiàn)錯(cuò)誤或阻塞，輸入輸出是否符合預(yù)期等等。

云原生時(shí)代，追蹤不只局限于調(diào)用棧了，一個(gè)外部請(qǐng)求需要內(nèi)部若干服務(wù)的聯(lián)動(dòng)響應(yīng)，這時(shí)候完整的調(diào)用軌跡將跨越多個(gè)服務(wù)，同時(shí)包括服務(wù)間的網(wǎng)絡(luò)傳輸信息與各個(gè)服務(wù)內(nèi)部的調(diào)用堆棧信息。因此，分布式系統(tǒng)中的追蹤常被稱為“全鏈路追蹤”。

同時(shí)，追蹤方面的情況與日志、度量也有所不同。

追蹤是與具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、程序語言密切相關(guān)的，各個(gè)服務(wù)之間是使用HTTP還是gRPC來進(jìn)行通信，會(huì)直接影響追蹤的實(shí)現(xiàn)，各個(gè)服務(wù)是使用Java、Golang還是Node.js來編寫，也會(huì)直接影響到進(jìn)程內(nèi)調(diào)用棧的追蹤方式。

這決定了追蹤工具本身有較強(qiáng)的侵入性，通常是以插件式的探針來實(shí)現(xiàn)，也決定了追蹤領(lǐng)域很難出現(xiàn)一家獨(dú)大的情況，通常要有多種產(chǎn)品來針對(duì)不同的語言和網(wǎng)絡(luò)。

近年來各種鏈路追蹤產(chǎn)品層出不窮，市面上主流的工具既有像Datadog這樣的一攬子商業(yè)方案，也有AWS X-Ray和Google Stackdriver Trace這樣的云計(jì)算廠商產(chǎn)品，還有像SkyWalking、Zipkin、Jaeger這樣來自開源社區(qū)的優(yōu)秀產(chǎn)品。

總的來說，日志、度量、追蹤三者打通，最大的價(jià)值是能做到全鏈路錯(cuò)誤尋根，即從發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求Metric指標(biāo)異常，通過指標(biāo)關(guān)聯(lián)分析，并逐層下鉆到明細(xì)Trace追蹤和具體Error Log，全流程自動(dòng)化從宏觀到明細(xì)的錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)和根因定位。

3.可觀測性將走向何方？

不難發(fā)現(xiàn)，可觀測性問題相對(duì)復(fù)雜，沒有開箱即用的最佳方案。

為了應(yīng)對(duì)云原生場景下復(fù)雜的可觀測性問題，各大廠商采用了不同的策略。

有的采用多種產(chǎn)品組合的方式，針對(duì)不同場景，為客戶提供不同的解決方案，比如AWS有CloudWatch、AMP、AMG等產(chǎn)品組合，阿里云有ARMS、鏈路追蹤、日志服務(wù)SLS等；

有的廠商則提供了統(tǒng)一的解決方案，比如Azure monitor,Vmware Tanzu Wavefront,華為云CIE等。

隨著各大廠商和開源項(xiàng)目的發(fā)展和推進(jìn)，在可預(yù)見的未來，可觀測領(lǐng)域正在呈現(xiàn)新的趨勢：

• 趨勢一：形成可觀測性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

首先是指標(biāo)，Prometheus作為云原生時(shí)代指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)形成共識(shí)。

鏈路標(biāo)準(zhǔn)也隨著OpenTracing和OpenTelemetry的推行而逐漸占據(jù)主流。

OpenTelemetry作為一套由CNCF主導(dǎo)的云原生可觀測性的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，目前已經(jīng)是海外企業(yè)在該領(lǐng)域的實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)。

反觀國內(nèi)，雖未形成類似的標(biāo)準(zhǔn)，卻也涌現(xiàn)了諸如 CAT 和 SkyWalking 等一系列國產(chǎn)開源的 APM 系統(tǒng)。得益于對(duì)業(yè)務(wù)代碼無侵入，性能表現(xiàn)優(yōu)秀，社區(qū)活躍，中文文檔齊全等眾多優(yōu)秀特性，SkyWalking在國內(nèi)異常火爆。

在日志領(lǐng)域，雖然其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化程度較低難以形成數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，但采集存儲(chǔ)分析側(cè)涌現(xiàn)出Fluentd、Loki等開源新秀；另一方面，Grafana作為可觀測數(shù)據(jù)展示標(biāo)準(zhǔn)也愈加明朗。

•  趨勢二：構(gòu)建以應(yīng)用為中心的觀測視角

可觀測性比較好的觀測視角是應(yīng)用視角，以應(yīng)用為單位關(guān)聯(lián)指標(biāo)、鏈路與日志，利用逐漸成熟的eBPF探針技術(shù)快速實(shí)現(xiàn)全局應(yīng)用可觀測，無侵入應(yīng)用探針為主，OpenTelemetry為輔實(shí)現(xiàn)代碼級(jí)可觀測能力。

• 趨勢三：聚焦業(yè)務(wù)成敗

在“業(yè)務(wù)至上”的時(shí)代，技術(shù)工程師們保障的核心其實(shí)并不是這套IT系統(tǒng)或軟件，核心其實(shí)是業(yè)務(wù)。

一筆業(yè)務(wù)可能會(huì)涉及到多個(gè)微服務(wù)系統(tǒng)，需要追蹤到整個(gè)API關(guān)聯(lián)的訂單、用戶甚至具體到哪一筆交易，這也是可觀測性和業(yè)務(wù)結(jié)合的一個(gè)重要發(fā)展趨勢。

• 趨勢四：加大IT投入

“可觀測性”被定義為是一個(gè)降本增效的好工具，這讓許多開發(fā)者認(rèn)為安裝了可觀測性平臺(tái)，就可以降低成本、為業(yè)務(wù)創(chuàng)造價(jià)值。

事實(shí)上，可觀測性工具從來不是一個(gè)“便宜”的東西，可觀測性平臺(tái)除了基本的工具投入，還需要有一套完整的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案，企業(yè)自研一套優(yōu)秀的可觀測性解決方案投入成本并不低。

以美國企業(yè)的可觀測性相關(guān)投入為例，其占企業(yè)整體IT支出的5%-10%。

因此，可觀測性產(chǎn)品的“降本增效”不是短時(shí)間內(nèi)就可以顯現(xiàn)出來的，而是通過長時(shí)間的應(yīng)用產(chǎn)生價(jià)值，企業(yè)將做好加大投入的準(zhǔn)備。

• 趨勢五：可觀測性與安全融合

安全和可觀測性的合并，已在全球范圍內(nèi)形成一種趨勢。

摩根士丹利《安全分析和可觀測性》一文中提到，在國外，以DataDog為代表的公司在上市之后發(fā)布的新增功能中有70%都是安全相關(guān)的。

這其中的道理非常簡單，可觀測性是通過檢查其輸出來衡量系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的能力，它收集了系統(tǒng)的方方面面，通過這些數(shù)據(jù)可以分析出系統(tǒng)的故障，自然也就能夠分析出系統(tǒng)有沒有被入侵。

比如DataDog就提供了通過分析當(dāng)前訪問請(qǐng)求，區(qū)分哪些可能是黑客在嗅探，或者準(zhǔn)備未來做DDoS攻擊的接口的功能。

也就是說，采集的數(shù)據(jù)在安全方面也能夠發(fā)揮作用，而不像傳統(tǒng)安全工具那樣，需要針對(duì)安全場景再進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集。

所以，安全和可觀測性的合并在全球范圍內(nèi)已經(jīng)成為一種趨勢。

針對(duì)攻擊現(xiàn)場的追蹤，比如國內(nèi)的態(tài)勢感知、SIEM這些安全產(chǎn)品都選擇了和可觀測性進(jìn)行融合。

4.結(jié)語

總體來說，真正的可觀測性平臺(tái)應(yīng)該是，能夠?qū)⒏鞣N各樣對(duì)于系統(tǒng)的形態(tài)、實(shí)時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行有結(jié)構(gòu)性的收集并提供一系列的觀察、測量手段的平臺(tái)。

就像傳感器一樣，能夠讓開發(fā)者們的開發(fā)、測試、運(yùn)維過程變的更容易，能夠即時(shí)了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，而并不是簡簡單單的“監(jiān)控”。