中间件增强框架之InterceptFramework

作者:李兴胜 浏览:408 日期:2019-01-07

这次我们为大家带来中间件增强框架专题(MOF)的最后一篇文章,为大家讲解MOF中的InterceptFramework框架。该框架可以在应用启动过程中获取画像信息,实现应用画像数据采集和存储。



前言

在智能运维中,应用服务所使用的组件及JAR包等相关信息非常重要,这些信息能够清晰地描绘一个应用服务的骨架,我们称这些信息为应用画像。在UAVStack中,中间件增强框架(MOF)下的InterceptFramework可以在应用启动过程中获取画像信息。本文主要介绍InterceptFramework的架构原理和在此基础上实现的应用画像数据采集与存储。


整体架构

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关键技术

  • Javaassist

  • Hook


关键类及功能

  • Profile数据和客户端监控指标主要通过InterceptSupporthookProxy机制捕获和监控。

  • Profile也会安装至DataObserver对象并暴露JMX/HTTP接口。


拦截之前的准备

1.在应用启动的特定生命周期内改写字节码,植入特定的逻辑处理代码进行拦截。

2.拦截框架对应的Supporter启动,从配置文件中获取应该装载的Listener,构建InterceptSupport实例,把Listener添加到InterceptSupport实例中。


具体的拦截逻辑

在应用启动过程中的特定生命周期,之前植入的代码拦截逻辑开始执行InterceptSupport的doIntercept方法,遍历已注册的Listener监听器。每个监听器都继承自InterceptEventListener类。不同的子Listener对相应类型的画像采集处理:AppProfilingListener负责监听所有服务画像事件,AppFrkHookFactoryListener负责监听客户端画像事件。


架构说明

  • InterceptSupport单例作为统一的Profile/Client hook捕获入口点

  • InterceptContext:捕获上下文接口, 所有捕获参数由Context封装

  • InterceptEventListener:事件劫持监听器, 所有监听器需继承并注册监听

  • AppProfilingListener:服务画像监听器, 监听所有服务画像事件

  • AppFrkHookFactoryListener:客户端画像监听代理


关键类说明

  • StandardProfile:实现了Profile接口,是画像数据抓取实现类,提供了doProfiling方法负责抓取行为和生成抓取结果;

  • ProfileHandler:不同的抓取逻辑和抓取点的共同接口,实现不同的抓取逻辑;提供了抓取行为的doProfiling方法; 

  • StandardProfileRepository:存储画像数据抓取数据结构;

  • DataObserver:暴露了JMX/HTTP接口数据;

  • Profile实时监控从AppProfilingListener类调用startProfiling时,将Profile对象安装到DataObserver对象中;

  • DataObserver提供JMX/HTTP服务,供后续抓取使用,其中Http服务注册了HttpJEEProfileObserver,主要负责画像数据的抓取服务;

  • 各个Handler类具体处理抓取的各类数据。


画像数据

画像数据即静态数据,是在进程启动时即可得到的数据,包括操作系统相关的信息、程序相关的信息、程序启动后相关的初始化信息。

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画像数据主要包括服务画像、溯源感知画像和客户端画像三部分,如上图所示。以下分别从这三个方面介绍画像采集:


服务画像采集

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服务画像描述了服务本体的信息,包括应用唯一标识(AppID)、服务名(Service ID)、服务实例的URI、服务接口的URI、服务接口的元数据(类、方法、入参出参、注解、部署描述符)。

以Tomcat为例,应用的启动过程需要经过StandardContext的start方法。我们可以在此方法的最后植入代码逻辑进行拦截,通过拦截可以获取到以下信息:

  1. 应用名、webworkdir(工作目录)、servletcontext、contextpath、basepath(应用实际路径)等容器上下文信息;

  2. 根据相应的技术规范(Servlet、JAXRS、JAXWS、Spring等)获取画像数据,主要包括:通过反射的方式获取类和方法名以及出参入参信息、扫描注解类、获取注解信息、解析部署描述符文件(web.xml等)信息。


服务画像除了获取以上信息外,还获取应用的日志路径和所用JAR包等信息。


溯源画像采集

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溯源画像采集主要借助HTTP协议Header中的字段进行溯源,通过中间件劫持技术拦截Tomcat中StandardEngineValve的Invoke方法,获取溯源数据。

收集的数据有以下几种:

  • Client Address:直连客户端IP地址;

  • X-Forwarded-For:如果存在,则为代理路由地址链,则直连客户端为代理服务;

  • Host:表明远程主机甚至端口信息,如果直连客户端是代理服务,则Host为代理IP地址和端口;

  • User-Agent:代理描述,可用来区分浏览器还是程序客户端,还可以提取很多浏览器终端信息;

  • UAV-Client-Src:HTTP客户端劫持加入的Header字段,用于UAV应用之间调用的拟合。


客户端画像采集

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客户端画像通过对一系列常用中间件客户端进行劫持实现,目前已支持同步/异步http、数据库jdbc、redis(jedis,aredis,lettuce)、mongodb、rocketmq/rabbitmq/Kafka、ESClient等。

劫持通过javaassist字节码改写、动态代理等AOP技术,在客户端调用代码中嵌入特定处理逻辑,获取调用相关的信息,如调用地址、调用协议、调用结果等。

画像数据基于调用地址、访问协议、调用结果的特征提取来确定目标服务。


调用地址:以类URI格式表示

  • http/https服务(业务/代理服务):http://

  • 关系型数据库(数据源服务):jdbc:

  • 非关系型数据库或缓存(数据源服务):

  • 消息队列(消息服务):mq:

访问协议:某种访问动作。例如HTTP的POST、SQL插入、发送/订阅消息、Redis的hgethashall、Mongo的Collection操作等。

访问结果特征:服务的基础栈类型、是否集群,例如Nginx、Tomcat、Apache等。


以ESClient为例,我们可以劫持TransportService的sendRequest方法,植入我们的拦截代码逻辑。

与服务画像不同的是,客户端画像发生在具体客户端调用过程中,并非在应用的启动环节。


画像存储结构

画像存储按以下结构分层存储:

  • StandardProfileRespository存储某个应用的整个画像;

  • StandardProfileElement存储某类组件画像(服务端、客户端、日志、jar等);

  • ProfileElementInstance存储某类组件当中的某一个组件画像,以服务组件画像为例,如:如组件JAXRS、Servlets各为一个ProfileElementInstance,但它们同属于服务组件这一StandardProfileElement.                                                                                                                         

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DataObserver提供了JMX和HTTP两种模式来暴露接口画像数据,这一点与实时数据类似,在我们MOF系列的兄弟篇《中间件增加框架之CaptureFramework》中已经详细介绍过,在此处不再赘述。


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标签: UAV

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