k8s微服务接入SkyWalking,三分钟教你怎么玩!

风平浪静如码

前面我给大家分享了关于分布式链路追踪的基本原理和SkyWalking的k8s部署玩法,如果还没来得及看的朋友可以看我上篇文章。

今天要给大家分享是我们日常工作中最常见的一种场景,那就是部署在k8s环境下的Java微服务,要接入SkyWalking的具体玩法,通过这个过程咱们可以更深入的理解SkyWalking进行数据采集的逻辑,也能更深刻地从运维角度理解日常工作中所写的Java微服务被无侵入的方式接入分布式链路追踪系统的过程!

废话不多说,接下来就让我们开启干货模式吧!

Java微服务接入SkyWalking的方式

在上篇文章关于SkyWalking基本原理的内容中有讲过,SkyWalking的数据采集主要是通过业务探针(Agent)来实现的,针对不同的编程语言SkyWalking提供了对应的Agent实现。Java微服务接入SkyWalking可以使用“SkyWalking Java Agent”来上报监控数据。

这就需要Java微服务在部署启动的过程中需要获取"SkyWalking Java Agent"探针包,并在启动参数中通过“--javaagent:xxx”进行参数指定。而具体的集成方式大致有以下三种:

  • 使用官方提供的基础镜像;
  • 将agent包构建到已存在的基础镜像中;
  • 通过sidecar 模式挂载agent;

其中前两种方式主要是通过在构建Docker镜像的过程中将Agent依赖打包集成到Java服务的Docker镜像中,而sidecar模式则是利用k8s的相关特性来实现在容器启动时挂载Agent相关依赖。

如果微服务是直接部署在Kubernetes集群,那么采用sidecar模式来使用SkyWalking Agent会更加方便,因为这种方式不需要修改原来的基础镜像,也不需要重新构建新的服务镜像,而是会以sidecar模式,通过共享的volume将agent所需的相关文件直接挂载到已经存在的服务镜像中。

构建SkyWalking Agent镜像

在开始以sidecar方式,将一个用Spring Cloud框架编写的Java微服务接入SkyWalking之前,我们需要构建SkyWalking Java Agent的公共镜像,具体步骤如下:

1)、下载SkyWalking官方发行包,并解压到指定目录

#下载skywalking-8.3.0 for es7版本的发布包,与部署的skywalking后端版本一致
$ wget https://mirror.bit.edu.cn/apache/skywalking/8.3.0/apache-skywalking-apm-es7-8.3.0.tar.gz

#将下载的发布包解压到当前目录
$ tar -zxvf apache-skywalking-apm-es7-8.3.0.tar.gz

2)、构建skywalking-agentsidecar镜像并push至hub私有镜像仓库

在前面步骤中解压的skywalking发行包的同级目录编写Dockerfile文件,具体内容如下:

FROM busybox:latest
ENV LANG=C.UTF-8
RUN set -eux && mkdir -p /usr/skywalking/agent
add apache-skywalking-apm-bin-es7/agent /usr/skywalking/agent
WORKDIR

在上述Dockefile文件中使用是的bosybox镜像,而不是SkyWalking的发行镜像,这样可以确保构建出来的sidecar镜像保持最小。

完成Docker文件编写后,执行镜像构建命令:

#执行镜像构建命令
$ docker build .  -t springcloud-action/skywalking-agent-sidecar:8.3.0

Sending build context to Docker daemon  556.5MB
Step 1/5 : FROM busybox:latest
latest: Pulling from library/busybox
d60bca25ef07: Pull complete 
Digest: sha256:49dae530fd5fee674a6b0d3da89a380fc93746095e7eca0f1b70188a95fd5d71
Status: Downloaded newer image for busybox:latest
 ---> a77dce18d0ec
Step 2/5 : ENV LANG=C.UTF-8
 ---> Running in e95b4c25ebf3
Removing intermediate container e95b4c25ebf3
 ---> 83f22bccb6f3
Step 3/5 : RUN set -eux && mkdir -p /usr/skywalking/agent
 ---> Running in 49c2eac2b6ab
+ mkdir -p /usr/skywalking/agent
Removing intermediate container 49c2eac2b6ab
 ---> 89cf3ce8238e
Step 4/5 : add apache-skywalking-apm-bin/agent /usr/skywalking/agent
 ---> 91fe5f06948f
Step 5/5 : WORKDIR /
 ---> Running in 6a64553f1870
Removing intermediate container 6a64553f1870
 ---> 7e73ddba48bb
Successfully built 7e73ddba48bb
Successfully tagged springcloud-action/skywalking-agent-sidecar:8.3.0

为了验证构建的镜像是否成功,可以通过命令查看本地构建的镜像,命令如下:

#查看本地镜像信息
$ docker images
REPOSITORY                                                   TAG                   IMAGE ID            CREATED             SIZE
springcloud-action/skywalking-agent-sidecar                           8.3.0                 7e73ddba48bb        2 minutes ago       32.2MB
...

3)、将打包的镜像推送到harbor镜像仓库

为了便于后续微服务直接使用已经构建好的SkyWalking Agent SideCar镜像,我们可以将其push至私有Harbor镜像仓库中。具体命令如下:

#登录镜像仓库,输入用户名密码(admin/Harbor12345)
$ docker login http://10.211.55.2:8080
Username: admin
Password: 
Login Succeeded

这里的Harbor私有镜像仓库一般公司都会自己搭建,接下来我们对构建的镜像打tag并上传,具体如下:

#这里将原先构建的镜像安装{镜像仓库地址}/项目名称/镜像名称的方式打tag
$ docker tag springcloud-action/skywalking-agent-sidecar:8.3.0 10.211.55.2:8080/springcloud-action/skywalking-agent-sidecar

之后可以具体查看已经打过tag镜像信息,命令如下:

$ docker images
REPOSITORY                                                       TAG                   IMAGE ID            CREATED             SIZE
springcloud-action/skywalking-agent-sidecar                      8.3.0                 e21040c57e42        2 weeks ago         32.2MB
10.211.55.2:8080/springcloud-action/skywalking-agent-sidecar     latest                e21040c57e42        2 weeks ago         32.2MB
...

接下来我们将打过tag的镜像推送至私有Harbor仓库,具体操作如下:

#将镜像推送到Harbor私有镜像仓库
$ docker push 10.211.55.2:8080/springcloud-action/skywalking-agent-sidecar
The push refers to repository [10.211.55.2:8080/springcloud-action/skywalking-agent-sidecar]
e80d641c3ed9: Layer already exists 
11fe582bd430: Layer already exists 
1dad141bdb55: Layer already exists 
latest: digest: sha256:b495c18c3ae35f563ad4db91c3db66f245e6038be0ced635d16d0e3d3f3bcb80 size: 946

完成后可以进入harbor仓库进行查看,如下图所示:

SideCar模式接入SkyWalking服务

上面我们通过手工构建的方式构建了SkyWalking Java Agent的公共Docker镜像,并将其Push到了我们的私有Harbor镜像仓库,接下来我们将演示如何通过编写Kubernetes服务发布文件,来将Java服务发布到K8s集群的过程中自动以SideCar的形式集成Agent、并接入SkyWalking服务。

这个过程才是作为一个Java程序员最关心的步骤。在开始下面步骤前,你应该通过IDEA构建一个Spring Boot微服务工程,具体构建的过程就不掩饰了,但重点是你这个Spring Boot工程应该支持构建Docker镜像,以Maven为例,需要在pom.xml文件中添加打包插件,具体如下:

<!--添加将Java应用打包为Docker Image的Maven插件-->
<plugin>
    <groupId>com.spotify</groupId>
    <artifactId>dockerfile-maven-plugin</artifactId>
    <version>1.4.13</version>
    <executions>
        <execution>
            <id>build-image</id>
            <phase>package</phase>
            <goals>
                <goal>build</goal>
            </goals>
        </execution>
    </executions>
    <configuration>
        <!--指定Dockerfile文件位置-->
        <dockerfile>docker/Dockerfile</dockerfile>
        <repository>${docker.repository}/springcloud-action/${app.name}</repository>
        <!--<tag>${project.version}</tag>-->
        <buildArgs>
            <!--提供参数向Dockerfile传递-->
            <JAR_FILE>target/${project.build.finalName}.jar</JAR_FILE>
        </buildArgs>
    </configuration>
</plugin>

其中<configuration>标签中指定的Dockerfile文件内容如下:

FROM openjdk:8u191-jre-alpine3.9
ENTRYPOINT ["/usr/bin/java", "-jar", "/app.jar"]
ARG JAR_FILE
ADD ${JAR_FILE} /app.jar
EXPOSE 8080

这就是一个简单的镜像构建文件,如果不采用sidecar方式,那么就需要在服务镜像构建文件中添加SkyWalking Agent的相关集成,但这里我们是sidecar方式,所以服务镜像构建文件就不用那么复杂了!

此外<configuration>标签中关于镜像仓库地址、应用名称的动态参数在pom.xml文件中的定义如下(把玩时以自己实际环境为准):

<properties>
    <!--定义Docker镜像仓库地址-->
    <docker.repository>10.211.55.2:8080</docker.repository>
    <!--定义项目名称作为镜像名称生成的组成部分-->
    <app.name>chapter10-monitor-demo</app.name>
</properties>

接下来具体讲述接入步骤:

1)、将Java微服务工程打包成Docker镜像并Push到Harbor镜像仓库

# Maven项目构建,会自动根据pom.xml中的相关插件配置进行docker镜像构建
$ mvn clean install -X

查看本地新构建的镜像信息,具体如下:

$ docker images
REPOSITORY                                                       TAG                   IMAGE ID            CREATED             SIZE
10.211.55.2:8080/springcloud-action/chapter10-monitor-demo       latest                3ae132cdfeb7        12 seconds ago      121MB
10.211.55.2:8080/springcloud-action/skywalking-agent-sidecar     latest                e21040c57e42        2 weeks ago         32.2MB
springcloud-action/skywalking-agent-sidecar                      8.3.0                 e21040c57e42        2 weeks ago         32.2MB
...

将微服务镜像push到Harbor镜像仓库:

$ docker push 10.211.55.2:8080/springcloud-action/chapter10-monitor-demo 
The push refers to repository [10.211.55.2:8080/springcloud-action/chapter10-monitor-demo]
5f3427edfc10: Pushed 
925523484e00: Layer already exists 
344fb4b275b7: Layer already exists 
bcf2f368fe23: Layer already exists 
latest: digest: sha256:b424180c56b28a9a7704a1f6476f4247fad12cc27721c21fce32149a8f344dee size: 1159

3)、微服务Kubernetes发布文件集成SkyWalking Agent实现埋点

到这里你并没有发现为了将Java服务接入SkyWalking,你需要在Java微服务本身做任何动作,而接下来在k8s部署文件中的将演示,为什么要将这种方式称之为SideCar。

其主要原理是通过Kubernetes的初始化容器initContainers来实现的,initContainers是一种专用容器,可以在应用容器启动之前运行,可以用于完成应用启动前的必要初始化工作。具体的Kubernetes部署文件(deploy-skywalking.yml)内容如下:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: chapter10-monitor-demo
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: chapter10-monitor-demo
  replicas: 1
  #设置滚动升级策略
  #Kubernetes在等待设置的时间后才开始进行升级,例如5秒
  minReadySeconds: 5
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      #升级过程中最多可以比原先设置多出的Pod数量
      maxSurge: 1
      #升级过程中Deployment控制器最多可以删除多少个旧Pod,主要用于提供缓冲时间
      maxUnavailable: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: chapter10-monitor-demo
    spec:
      #构建初始化镜像(通过初始化镜像的方式集成SkyWalking Agent)
      initContainers:
        - image: 10.211.55.2:8080/springcloud-action/skywalking-agent-sidecar:latest
          name: sw-agent-sidecar
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          command: ["sh"]
          args:
            [
              "-c",
              "mkdir -p /skywalking/agent && cp -r /usr/skywalking/agent/* /skywalking/agent",
            ]
          volumeMounts:
            - mountPath: /skywalking/agent
              name: sw-agent
      containers:
        - name: chapter10-devops-demo
          image: 10.211.55.2:8080/springcloud-action/chapter10-monitor-demo:latest
          env:
            #这里通过JAVA_TOOL_OPTIONS,而不是JAVA_OPTS可以实现不通过将agent命令加入到java应用jvm参数而实现agent的集成
            - name: JAVA_TOOL_OPTIONS
              value: -javaagent:/usr/skywalking/agent/skywalking-agent.jar
            - name: SW_AGENT_NAME
              value: chapter10-devops-demo
            - name: SW_AGENT_COLLECTOR_BACKEND_SERVICES
              # FQDN: servicename.namespacename.svc.cluster.local
              value: oap.skywalking:11800
            - name: SERVER_PORT
              value: "8080"
            - name: SPRING_PROFILES_ACTIVE
              value: test
          volumeMounts:
            - mountPath: /usr/skywalking/agent
              name: sw-agent
      volumes:
        - name: sw-agent
          emptyDir: {}
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: chapter10-monitor-demo
  labels:
    svc: chapter10-monitor-demo
spec:
  selector:
    app: chapter10-monitor-demo
  ports:
    - name: http
      port: 8080
      nodePort: 30001
  type: NodePort

以上是挂载sidecar的k8s发布文件,以微服务“chapter10-devops-demo”为例,主要是通过共享volume的方式挂载agent。其中initContainers通过skywalking-agent卷挂载了skywalking-agent-sidecar镜像中的/skywalking/agent,并将上面构建好的镜像中的agent目录cp到了/skywalking/agent目录,完成之后微服务容器启动时也挂载了skywalking-agent卷,并将其挂载到容器的/usr/skywalking/agent目录,这样就完成了共享过程。

这里有一个有意思的点,Java服务通过Agent接入SkyWalking一般情况下还需要在启动命令中加入JVM参数,例如:“-javaagent:/usr/skywalking/agent/skywalking-agent.jar”。这就需要我们在定义Java程序镜像打包的Dockerfile文件中通过“ENTRYPOINT”加入相关参数,例如:

ENTRYPOINT [ "sh", "-c", "java ${JAVA_OPTS} -javaagent:/app/agent/skywalking-agent.jar -Dskywalking.collector.backend_service=${SW_AGENT_COLLECTOR_BACKEND_SERVICES} -Dskywalking.agent.service_name=${SW_AGENT_NAME} -Dskywalking.agent.instance_name=${HOSTNAME} -Djava.security.egd=file:/dev/./urandom -jar /app/app.jar $PROFILE"

但这种方式需要在Dockerfile文件中额外设置SkyWalking Agent相关的JVM参数,所以你可能没注意到,在上述k8s部署文件中我所使用的是“JAVA_TOOL_OPTIONS”这个参数,而不是最常见的“JAVA_OPTS”。这个点很多人都不知道,如果你耐心看到这里,恭喜你Get了一个新技能!至于二者的区别,感兴趣的朋友可以搜索下!

4)、部署启动微服务,并验证其是否已经正常接入SkyWalking监控

接下来我们进入部署文件所在目录,执行发布命令如下:

$ kubectl apply -f deploy-skywalking.yml
deployment.apps/chapter10-monitor-demo created
service/chapter10-monitor-demo created

之后查看相关Pod是否运行成功:

$ kubectl get pods
NAME                                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
chapter10-monitor-demo-5767d54f5-vfqqf   1/1     Running   0          96m

运行成功了!此时可以访问下服务的测试接口,多刷几次,之后通过SkyWalking UI查看是否有监控数据,如下图所示:

如上图所示,在访问微服务测试接口后可以看到SpringCloud微服务已经通过Agent像SkyWalking上报了APM监控数据!

后记

本文实验步骤比较多,也许你很难一次性看完,但是真正的技术都是要练的,所以有空的时候搭建环境后玩一玩是理解文章内容的关键!

写在最后

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