Zipkin을 이용한 MSA 환경에서 분산 트렌젝션의 추적 #1

Zipkin을 이용한 MSA 환경에서 분산 트렌젝션의 추적 #1

조대협 (http://bcho.tistory.com)

개념

분산 트렌젝션이랑 여러개의 서비스를 걸쳐서 이루어 지는 트렌젝션을 추적하는 기능을 정의한다.

마이크로 서비스 아키텍쳐 (이하 MSA)와 같은 구조에서는 하나의 HTTP 호출이 내부적으로 여러개의 서비스를 거쳐서 일어나게 되는데, 그러면 어느 구간에서 병목이 생기는지 추적하기가 어려워진다.

아래 그림을 보면 클라이언트가 Service A를 호출하고, Service A 가 Service B,D 를, Service B가 Service C를 호출한다.

이렇게 트렌젝션이 여러 컴포넌트의 조합을 통해서 발생하기 때문에 Jennifer와 같은 전통적인 APM (Application Performance Monitoring) 도구를 이용해서 추적하기가 어렵기 때문에 별도의 분산 로그 추적 시스템이라는 것이 필요하다.

작동 원리

그러면 이러한 분산 로그는 어떻게 수집 및 추적하는 것일까? 통상적으로 Trace와 Span 이라는 개념을 사용한다.

클라이언트가 서버로 호출한 하나의 호출을 Trace라고 했을 때, 서비스 컴포넌트간의 호출을 Span이라고 한다.각 서비스 컴포넌트들은 하나의 클라이언트 호출을 추적하기 위해서 같은 Trace Id를 사용하고, 각 서비스간의 호출은 각각 다른 Span Id를 사용한다. 이렇게 함으로써 전체 트렌젝션 시간을 Trace로 추적이 가능하고, 각 서비스별 구간 시간은 Span으로 추적할 수 있다.

솔루션

이러한 분산 로그 추적을 위한 솔루션 중에 오픈소스로는 트위터에서 개발된 ZipKin(https://zipkin.io/) , Jagger(https://jaeger.readthedocs.io/en/latest/) , Opencensus(https://opencensus.io/) 등이 있는데, 이러한 분산 로그 추적은 구글의 Dapper 논문을 기초로 디자인 되어 개발되었다.

Zipkin

그 중에서, 가장 활성화 되어 있는 오픈소스 중 하나가 Zipkin인데, 오픈 소스 생태계가 활발해서 플러그인이나 부가적인 도구들이 많다.

전체적인 구조는 다음과 같다.

<그림 . Zipkin 아키텍쳐 >

지원 프로토콜

Zipkin으로 추적할 수 있는 분산 트렌젝션은 HTTP를 기본으로 지원하고 , 이외에도 많이 사용되는 리모트 프로토콜인 gRPC를 함께 지원한다.

클라이언트 라이브러리

Zipkin 클라이언트 SDK는 https://zipkin.io/pages/existing_instrumentations 에 있는데, Zipkin에서 공식적으로 지원하는 라이브러는 아래와 같이 C#, Go, Java, Javascript,Ruby,Scala 등이 있다.

이외에도 오픈 소스 커뮤니티에서 지원하는 라이브러리로 파이썬, PHP등 대부분의 언어가 지원이 가능하다.

Zipkin 라이브러리는 수집된 트렌젝션 정보를 zipkin 서버의 collector 모듈로 전송한다. 이 때 다양한 프로토콜을 사용할 수 있는데, 일반적으로 HTTP를 사용하고, 시스템의 규모가 클 경우에는 Kafka 큐를 넣어서 Kafka 프로토콜로 전송이 가능하다.

스토리지

Zipkin 클라이언트 SDK에 의해서 전송된 정보는 스토리지에 저장된다.

사용할 수 있는 스토리지는 다음과 같다

• In-memory

• MySQL

• Cassandra

• Elastic Search

메모리는 별도의 스토리지 설치가 필요없기 때문에 간단하게 로컬에서 테스트할 수 있는 정도로 사용하는 것이 좋고, MySQL은 소규모 서비스에 적절하다. 실제로 운영환경에 적용하려면 Cassandra나 Elastic Search를 저장소로 사용하는 것이 바람직하다.

대쉬 보드

이렇게 수집된 정보는 대쉬 보드를 이용하여 시각화가 가능하다. Zipkin 서버의 대쉬보드를 사용할 수 있고, Elastic Search 백앤드를 이용한 경우에는 Kibana를 이용하여 시각화가 가능하다.

Spring Sleuth

Zipkin 라이브러리 중에서 주목해서 살펴볼 부분은 Spring / Java 지원인데, Spring에서 Sleuth라는 모듈 이름으로 공식적으로 Zipkin을 지원하기 때문에, Spring (& Springboot) 연동이 매우 쉽다.

자바 애플리케이션에서 Trace 정보와 Span 정보를 넘기는 원리는 다음과 같다.

여러개의 클래스의 메서드들을 거쳐서 트렌젝션이 완성될때, Trace 정보와 Span 정보 Context가 유지가 되어야 하는데, 자바 애플리케이션에서는 쓰레드마다 할당되는 쓰레드의 일종의 전역변수인 Thread Local 변수에 이 Trace와 Span Context 정보를 저장하여 유지한다.

분산 트렌젝션은 HTTP나 gRPC로 들어오기 때문에, Spring Sleuth는 HTTP request가 들어오는 시점과 HTTP request가 다른 서비스로 나가는 부분을 랩핑하여 Trace와 Span Context를 전달한다.

아래 그림과 같이 HTTP로 들어오는 요청의 경우에는 Servlet filter를 이용하여, Trace Id와 Span Id를 받고 (만약에 이 서비스가 맨 처음 호출되는 서비스라서 Trace Id와 Span Id가 없을 경우에는 이를 생성한다.)

, 다른 서비스로 호출을 할 경우에는 RestTemplate 을 랩핑하여, Trace Id와 Span Id와 같은 Context 정보를 실어서 보낸다.

HTTP를 이용한 Trace와 Span 정보는 HTTP Header를 통해서 전달되는데

위의 그림과 같이 x-b3로 시작하는 헤더들과 x-span-name 등을 이용하여 컨택스트를 전달한다.

이렇게 ServletFilter와 RestTemplate을 Spring 프레임웍단에서 랩핑해줌으로써, 개발자는 별도의 트레이스 코드를 넣을 필요 없이 Spring을 이용한다면 분산 트렌젝션을 추적할 수 있도록 해준다.

다음글에서는 실제로 Spring Sleuth와 Zipkin을 이용하여 분산로그를 추적하는 예제를 구현해보도록 하겠다.