从 0 到 1 建设小程序可观测性

道阻且长, 行则将至，行而不辍, 未来可期

大家好，前面几节呢一直在讲 SRE，讲 MDD(Metrics-Driven Development)，很多工程师不太理解，这到底有什么用呢，具体的收益点又在哪呢？ 前面也讲了一些落地案例，刚好最近在思考 MDD 结合 SRE，花了两周的时间打造了小程序端的可观测平台，接下来和大家分享一下整个心历路程。谈谈我的一些启发，顺便谈谈当工程师具备 MDD 意识后，是否能如虎添翼。

事情的背景是这样的，2 月 10 日，好大夫部分小程序用户投诉上传图片失败。整个排查过程有 10 多人参加，排查了三天才有结论。我们来一下当时的现状。

一团乱麻，谁人背锅侠？

大家知道上传图片失败问题，一直是个老大难，因为失败的原因太多了。对一般的工程师而言，整个流程可能是一个黑盒模型，缺少一个抓手去分析问题。

这时候工程师大脑中会有一堆问号。

简单说一下这个问题是如何排查的。

• 怀疑用户网络问题，联系用户切换网络尝试依然失败。加上分析 Kong 日志，发现部分用户重试多次都是失败，切换到好大夫的 APP 能上传成功，前端认为不是用户侧网络问题。
• 怀疑链路传输问题，我们有多家网络节点运营商，尝试切换链路，甚至直接回源，问题还依然存在。期间通过抓包并和运营商技术一起排查未能明确问题原因，给出的反馈还是用户侧问题。
• 怀疑小程序版本问题，2 月 9 日有个业务方向上线了小程序，修改的是 http2 相关的，大家很兴奋，时间点也能对上，觉得抓到罪魁祸首了，然后就是紧急上线，用户更新包后问题依然存在，这下打击有点大。
• 怀疑 Kong 进程处理异常。前面几个关键点都怀疑了，大家谁都说服不了谁的问题。11 日晚上重启 Kong 进程，担心 Kong 进程启动太久，有垃圾没有回收，有点病急乱投医了，试一试总不差。重启后第二天问题依然没有得到缓解。
• 经过几轮排查，对比最近几天 code=400 的占比趋势，2 月 10 日~11 日比之前多了一倍，code=400 的 route_name 基本上也都是小程序侧的上传图片接口。基本上定位是小程序端的问题，越发怀疑微信端是否异常了。联系微信社区，联系微信内部开发，2 月 13 日下午才得到反馈：”2 月 9 日下午微信升级了基础库，灰度了 1%IOS 用户，并于 2 月 11 日回滚，部分用户还有异常需要清理缓存“。

虽然这次问题是找到了，整整三天，包括运维，前端，服务端，系统架构组一共有 10 多人参入了排查。

痛定思痛，有没方式缩短异常定位时长呢？首先我们来看看用户上传会经历哪几个环节。

一次网络请求，中间其实经历了很多环节，细节这里就不展开讨论了，我们来看一下简化后的模型，用户发起请求，到网络节点，再到源站处理，再经过网络节点返回响应给用户。

从图中可以看出，上传失败存在几个关键的环节中：用户侧、网络节点、入口网关、后端服务。

• 可能是用户侧本地异常，如机器内存不足，小程序闪退。可能是用户网络不稳定，还有可能是用户在上传图片的过程中，中途将小程序切换到后台，重新唤起小程序续传失败。
• 为了请求的安全和加速，在请求打到源站入口网关前，是先走运营商传输节点，传输节点也对接了多家运营商，传输不稳定或命中防火墙策略也会造成上传失败。
• 入口网关用的是 kong，如果路由策略配置异常，或者 Kong 节点异常，或者某个 upstream 节点异常都会造成上传失败。
• 后端图片服务，如果处理能力不足，负载高，进程夯住，或其他异常也会造成上传失败。

经过思考，如何做到普式性呢，就要面临以下几个问题。

• 异常能被有效的观测到吗？
• 异常定位对经验要求很高，如何减少传承成本？
• 异常分析有哪些提效的工具链，能平台化吗？
• 异常千千万万，再加上排练组合，真的能通过数据分析出来吗？
• 异常分析平台增加了学习成本，会不会增加工程师负担，会质疑研发平台的受益？

深入思考，有点细思极恐，异常定位好难呀，提效异常定位更难！

追本溯源，能否提效异常定位？

很多工程师在分析异常的时候，往往聚焦单次问题，一上来就陷入个案分析的细节，耗神耗力，心态都会查崩。

随着网站拓扑的演进，异常定位也越来难，很多公司都在推进 SRE 体系建设，其中对可观测性呼声也越来越高。异常如何被量化，被观测。这其实是一个“工程问题”。

所谓工程问题本质上是数学，需要在一个定义良好的环境里，用定义良好的参数描写一个定义良好的问题。引起网站异常的的原因有各种各样，就像诊断患者一样。统计分析健康的人和病患各项身体基能指标的差异性，从而判断病患程度及探究病因。

结合我的一些日常排障经验，来看一下异常定位这个工程问题。

异常定位需要在一个参照系中进行，通过可视化界面去呈现 SLI 的波动性，而 SLI 的波动性往往是和引起异常的根因相关联。分析不同 SLI 波动振幅差异性大小，从而推断异常的可能性原因。

简单来说，就是给异常进行数学建模，并关联到可观测的 SLI 上。透过 SLI 的表象反查异常原因。说起来比较简单，和医生诊断一样，往往一种病理现象对应了不同的病因，而同一种病因也会有不同的表象。有急性有慢性，还有扩散传递性，一种病变可能引发一系列身体其他的病变，溯源病因可能需要多次会诊。当然经验越丰富，数据越多，模型分析也就越准确。

总结一下提效异常定位，首要任务就是需要量化异常，让异常可被观测到。其次就是友好的界面提示一步步引导大家定位问题。

接下来一起探讨一下如何建设小程序上传图片整体链路的可观测性，去尝试建模分析异常定位这个工程问题。

破而后立，MDD 劈开黑盒模型

具体到上传图片的场景中，SRE 体系关注各个环节及整体链路的可用性。MDD 思想就是需要我们提炼合适的 SLI，设定 SLO，达成共识，进而围绕这些 SLO 开展工作。

来一起看一下，上传图片各个环节中我们感兴趣的点。

这里总结一些经验：”两点一线，分两面，一面监控画像，一面异常定位“。

为了尽可能的观测各个环节，我们需要梳理一个脉络，如请求的开始到结束，抓住这两点，连成一线，分两面，一面关注长期趋势，一面关注异常分析。

具体提炼 SLI 可参考 Google VALET(Volume、Available、Latency、Error、Ticket)模型。

从图中我们可以看出，评估链路各个环节是否有风险或者有异常，需要一个参考系，长期的指标趋势和经验阈值都是参考的数据源。故而设置 SLO 有两种模式，第一根据经验设置固定阈值，如 QPS 峰值不得大于 10k；第二是设置相对值，如 code=404 环比增加 20%。

有了这些准备工作，提炼了以下 SLI 和 SLO，大家可以参考一下。

为了异常的可观测性，需要按不同的维度去细分 SLI，这次上传图片异常是由于微信灰度了特定的基础库，改造后需要收集终端相关信息，如设备平台，设备型号，微信版本，微信基础库版本以及小程序版本。

在为上传图片链路建模分析的时候，也一直在考虑能否将这些经验延伸到小程序整体的可观测性中呢？

于是进一步细化了分析维度，按不同的小程序包，统计了不同 code 码、路由、domain 的请求数及时延。这样就能更好地支持下钻，并能迁移到整个小程序异常分析中。接下来一起看一下如何落地改造各个环节以便 SLI 的收集。

顺势而为，落地整体链路改造

用户侧：

• 每次小程序启动的时候发起一个探包请求，会上报一下版本信息(平台/版本/微信版本/微信基础库版本/小程序包名/小程序版本)，当然为了安全审计不会收集用户隐私相关的信息。探包请求还额外获得了小程序启动频次的粗略统计数据。
• 通过 hash 算法生成版本信息的指纹 hash_key，后续的用户请求 url 和 http header 中都携带这个 hash_key。
• 通过 hash_key 关联 kong 日志和版本信息，从而能提炼出终端不同维度的 SLI。
• 为了将整个链路串联起来，小程序每次请求生成 trace_id，并通过 header 透传下去。
• 小程序网络不佳的时候，会先将 Error 等日志信息暂存到 LocalStorage 队列中，等有网了再次上报。所有记录日志的地方都会记上 trace_id，方便后续异常定位分析。

网络节点：

• 新增运营商标识，方便对比分析不同运营商传输的可用性。
• 收集运营商的日志，存储到 Clickhouse 中，方便后续分析，尽可能让网络传输节点可观测。

入口网关：

• 按业务类型拆分 route_name，如上传，订单提交等等。
• route_name 支持打标签，如业务部门，所属页面等，方便告警监控及识别到的风险通知到具体的业务部门。
• 插件支持生成 trace_id 或透传已生成的 trace_id，打通 KongLog 和后端服务 TraceLog。

后端服务：

• 增加日志埋点，分析不同图片尺寸大小的上传下载相关的指标。
• 定义好不同的 code 码，方便异常定位分析。

可观测平台：

• 鉴于之前研发了强大的分析器，只用添加分析，告警规则就能满足这次场景需求。
• 为了节约研发成本，SLI 存储到了 Clickhouse，可视化基于 Grafana 写 SQL 绘制。
• 新增地理位置分析，将请求 ip 转换成经纬度，方便提炼地区维度的 SLI。

整个小程序日志上报的流程如下：

在改造的过程中也遇到了不少问题。

• 控制 Error 信息大小。单条信息过大会导致 Flume 收集异常，重复收集获丢失日志。
• 采样上报，控制频次。一般异常发生可能会产生连锁反应，瞬时产生大量日志，需要避免频繁上报导致用户带宽的消耗。
• 降噪处理。如腾讯周期性安全扫描可能会产生一些干扰异常，如 499 等，会影响用户维度 SLI 的准确性，需要识别这些干扰进行降噪处理。
• 提升分析性能，简化 SQL，很多分析需要连表查询，数据量增大的时候，会存在性能问题。于是添加了大量视图，重建了不同维度的索引表。将数据按分钟维度聚合成 SLI，避免了分析查询原始日志的性能开销。

接下来，一起看一下最终成果。

应运而生，建设可观测性平台

在整个改造的过程中，大家也看到了基本上都是一次投入，后续持续受益。整个流程运转起来后，后续就是提炼感兴趣的 SLI，并基于 Grafana 展示即可。

整个可观测性平台是基于 Grafana+Clickhouse+Prometheus 构建的，符合低代码平台研发，只要会写 SQL 就行。

我们一起看一下具体的看板。

No1.小程序分析首页

首页看板用于大盘投屏使用的，包括两个部分，上部分是最近 15min 的瞬时数据，大于某个经验阈值会标红显示，下部分是长期趋势，比对同比和环比，各个面板都支持下钻分析。

首页一定要清爽，列出最关心的 SLI，如 QPS/UV、慢路由请求数、异常请求数。根据时延和 ErrorCode 分布，下钻到具体的分析页面。也可以通过分析长期趋势，查看小程序整体的状态，如慢路由风险是否在增加。

No2.长期趋势分析

通过首页跳转到长期趋势分析，可以查看最近 1 周/1 月/1 年的宏观趋势，这块可以结合项目上线计划，分析上线节点前后的变化，如 UV 是否有增加，慢路由是否有增多的趋势，还可继续下钻分析具体哪些路由慢了。

No3.Code 异常分析

在首页可以观察异常 code 分布，下钻到具体的 code 分析页，这里模拟分析一下 code=400 量增加的场景。

整个过程其实是一个模型匹配问答的模式。

1.是否需要人工介入？假定 SLO 为 code=400 的错误率<0.5%，p = total_400_request / (total_200_request + total_400_request)，如 code=200 访问量是 10K，如果这时候 400 访问量达到 500 则需要人工介入排查。

2.同比环比是否具有差异性？分析当日请求判断是否具有突发性，分析一周数据判断是否具有周期性。比如每晚直播访问量就会到峰值，这个点错误率增加了可能是机器负载过高了，从而给排查提供一个方向。

3.是否具有路由差异性？是大面积无异常报错还是特定的路由异常，结合一周趋势，从而给出排查方向。

4.同理分析异常特征是否具有终端平台、微信版本、微信基础库版本、小程序版本差异性？

5.整个差异性分析的过程，其实是判断差异显著程度的过程，这里可能存在认知误区，如 iPhone 异常数比 oppo 大，很可能是 iPhone 总体访问基数大，这个时候其实是看各自长期占比趋势的。

如果判断出来特定 route_name 异常具有显著差异，可能是有突出抓取，或者业务代码异常，或者业务机器负载过高等等，这时候需要下钻分析。可下钻到”NO5.路由详情分析“，”NO6.抓取分析“。

No4.慢路由风险分析

慢，会影响用户体验，随着业务的发展，如果不关注性能问题，整个接口会朝熵增的方向恶化，可能会越来越慢。

一般重点关注 Top10 的慢路由，可以分析是长期慢，还是突发抓取的慢，结合 APM 链路分析，整个请求慢在哪，是依赖中间件慢还是请求路径过长抑或是存在其他慢风险。这部分依然可下钻到”NO5.路由详情分析“，”NO6.抓取分析“。

NO5.路由详情分析

这部分依然在做问答题，主要是围绕给定的 route_name 展开分析的。

1.code 分布是否具有显著差异性，如 P99 时延增加了，可能是缓存命中率 code=304 过低了。

2.同比环比是否具有差异性？尤其是周期性存在明显波动，或突发波动的会被优先怀疑。由于是在分析具体的路由，首要怀疑是否有线上变更，如图中 P99 具有显著差异性，是因为当天业务有修改线上配置造成的。结合链路分析慢的问题，最终优化了链路请求解决了这个问题。

3.是否是抓取造成的？另外一个常见的异常是由于蜘蛛突发抓取造成的，为了资源最大利用率，一般不会冗余过多的机器，当蜘蛛突发抓取冷数据的时候可能会造成波动。这部分主要是分析 UA，为了避免 UA 过长带来的分析性能损耗，采用了 hash ua 的方式。结合 ua 占比，ClientIP 占比，评估是否存在抓取的可能，具体可以下钻到”NO6.抓取分析“。

4.是否存在地域差异性？如北京用户异常占比过高，可能是北京链路出现了异常。

5.异常分布运营商节点是否存在显著差异？比如腾讯回源造成缓存穿透。

6.异常分布在后端节点上是否具有显著差异性？从而判断是否存在机器问题。这部分可以继续往机器的维度下钻，分析是 CPU 或其他资源异常。

7.如果以上常见场景都没命中，可以分析客户端相关信息是否具有显著差异性。

NO6.抓取分析

抓取分析就比较简单了，判断 UA 和 ClientIP 访问占比，抓取一般特征是单个 UA 访问量突增，ClientIP 比较集中，结合 QPM 长期趋势，判断是正常访问还是抓取。

NO7.程序异常分析概览

为了更好的反映小程序的异常，会收集异常信息进行统计分析，这里和前面类似了，就不展开分析了。

道阻且长, 思考从 1 到 n 的演化

做到这，小程序可观测性平台已经从 0 到 1 了，但这只是一个开始，后续要如何演化推进，还面临了很多困难。

如何验证？

可观测性平台是否能帮助异常定位呢，线上真实异常可以验证，但太被动了，能否主动模拟异常？如模拟抓取，或单个机器异常。这部分也是今年主要发力的地方，会通过混沌实验平台去辅助故障演练。

如何推广？

小程序面向的业务场景茫茫多，如何让工程师转变习惯去适应新的排障工具，也是一个难点。这部分除了培训分享以及持续迭代平台外，可以召集大家攻防演练，在实践中让大家快速掌握新工具，发现平台的不足一起共建。

如何横向迁移？

其实这次只是做了小程序端的可观测性，能否延伸到其他各端(触屏/PC/APP)呢？能否推广到中间件，能否推广到其他业务呢？ 试想一下，业务团队基于 MDD 达成共识后，工程师很多工作就能被量化了，比如优化了几个慢路由，降低了 p99 时延，先于用户发现问题，加速定位问题，是否提升了 UV 等等，都可被观测到。其次工程师可以主动发现一些问题，如上线后接口变慢了，到底慢在了哪里，是否存在慢 SQL 风险等等，就会主动去探寻风险点。

如何更快定位异常？

工程问题是需要数学建模，可观测性只是第一步，要想提效不能靠人脑经验分析，如何评估异常的显著差异及关联性，需要选择相应的算法，通过函数拟合建模分析。

如何优化用户体验？

数据分析，不同的人会有不同的思路，可观测性反映的现象由于每个人的经验不同，排查思路可能也迥异。另外异常分析定位平台无法穷举所有的异常，就像患者病因溯源一样，很多分析场景具有跳跃性。平台能做的就是尽可能多的给出工程师常用排障按钮，就像超链接一样，让大家按照自己的思路去排查。后续分析这些行为，选择最短路径，固化到程序中，从而达到 AI 智能根因定位。

缩短 MTTR 还有很长的路要走，一起共勉，道阻且长, 行则将至，行而不辍, 未来可期。

今天分享就到这，欢迎大家关注 SRE 专题，共建高可用的服务体系。

【作者简介】

方勇：好大夫基础架构部高级工程师，专注于 SRE，微服务、中间件的稳定性和可用性建设，整体负责好大夫服务治理云平台的设计和搭建。