當前運營商業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)正向云化發(fā)展，以某移動公司為例，近年先后進行了經(jīng)分系統(tǒng)云化、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)建設(shè)、BOSS云化，現(xiàn)正在進行CRM云化，同時構(gòu)建企業(yè)級資源池。

　　一、背景

　　當前運營商業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)正向云化發(fā)展，以某移動公司為例，近年先后進行了經(jīng)分系統(tǒng)云化、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)建設(shè)、BOSS云化，現(xiàn)正在進行CRM云化，同時構(gòu)建企業(yè)級資源池。經(jīng)過幾年的探索，深刻感受到云化給業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)帶來高效低成本的優(yōu)點，但同時也對運維能力帶來了更高的要求，針對傳統(tǒng)架構(gòu)下的運維管理模式已經(jīng)越來越不適合云化下的要求，主要表現(xiàn)在：

　　1)監(jiān)控問題：所管理的機器和進程數(shù)量越來越多，呈現(xiàn)幾十倍增長，傳統(tǒng)運維由于機器數(shù)量小，監(jiān)控都是基于點的，但是云化后，點變?yōu)橐粋�個集群，且集群內(nèi)機器數(shù)量龐大，基于點的監(jiān)控方式越來越難以滿足大量機器運維管理需要。

　　2)工具問題：隨著機器數(shù)量增加，基于腳本或基于傳統(tǒng)的發(fā)布變更工具難以適應(yīng)集群內(nèi)大量機器運維的需要，無論在自動化程度、效率、靈活性、便捷性、安全管控等方面均存在問題，迫切需要改變，引入新的工具。

　　3)分析問題：數(shù)據(jù)助力運維，但是由于云化后，針對運維的有價值數(shù)據(jù)或日志分散在大量的機器集群上，難以像傳統(tǒng)架構(gòu)一樣實現(xiàn)集中化分析和呈現(xiàn)，需要研究解決在分布式云化架構(gòu)下的運維數(shù)據(jù)集中分析問題。

　　4)服務(wù)問題：“IT即服務(wù)”，隨著云化的演進，對敏捷運維能力也提出了更高的要求，現(xiàn)有ITIL基于流程、按照不同專業(yè)展開的運維服務(wù)模式，難以適應(yīng)云化資源池所需的跨專業(yè)運維模式，需要改變。

　　二、解決方案

　　為應(yīng)對云化后運維模式帶來的挑戰(zhàn)，我們進行了積極的探索，參考互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)做法，引入相關(guān)開源和商用軟件以及互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的運維理念，結(jié)合運營商實際，初步構(gòu)建了一套面向云化架構(gòu)的可視化運維體系，并初步進行了落地運行，取得了較好的效果。

　　整體架構(gòu)圖如下：

　　下面將一一展開論述。

　　三、監(jiān)控篇：實現(xiàn)多層級集群式業(yè)務(wù)監(jiān)控

　　可視化運維的核心要點之一是要解決可視化業(yè)務(wù)監(jiān)控度量的問題，我們經(jīng)過近幾年對云架構(gòu)下各種監(jiān)控手段和措施持續(xù)不斷的摸索、改造、優(yōu)化和完善，逐漸建成一套基于平臺故障監(jiān)控，平臺性能監(jiān)控，應(yīng)用代碼級診斷，應(yīng)用端到端和業(yè)務(wù)體驗監(jiān)控于一體的多層級集群式監(jiān)控系統(tǒng)，如下圖：

　　第一級：業(yè)務(wù)體驗監(jiān)控。是直接面向一線用戶感知的體驗監(jiān)控，通過對用戶終端到服務(wù)端整條鏈路各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)性能指標(如網(wǎng)絡(luò)時延等)和各類錯誤進行全流程跟蹤、監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)用戶感知相關(guān)的各類問題。

　　第二級：應(yīng)用端到端監(jiān)控。通過構(gòu)建業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)自身整體架構(gòu)視圖，并對每個節(jié)點部署監(jiān)控元素，利用聚合、分組機制，能直接發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)各個渠道的問題，便于快速定位問題和影響面，能支持上千臺機器的集群規(guī)模。

　　第三級：應(yīng)用代碼級診斷定位。在發(fā)現(xiàn)應(yīng)用性能、故障需要進一步深入定位時，可通過代碼級診斷定位手段實現(xiàn)代碼跟蹤，快速確定真正問題點。

　　第四級：分布式平臺性能監(jiān)控。針對成千上萬臺機器集群規(guī)模的平臺性能實現(xiàn)快速部署，實時監(jiān)控手段，針對集群內(nèi)平臺性能相關(guān)的各個指標實現(xiàn)直觀的判斷和監(jiān)控。

　　第五級：云平臺故障監(jiān)控。針對成千上萬臺基礎(chǔ)設(shè)備，如小型機、x86、虛擬機等，構(gòu)建統(tǒng)一的云監(jiān)控平臺，實現(xiàn)系統(tǒng)故障級別的管控。

　　通過構(gòu)建上述五級監(jiān)控，基本全涵蓋了從“一線用戶感知到后端運維”，從“應(yīng)用整體視圖到程序代碼內(nèi)部”，從“平臺故障監(jiān)控到平臺性能監(jiān)控”，各個維度的監(jiān)控。

　　第一級：業(yè)務(wù)體驗監(jiān)控

　　目前支持業(yè)務(wù)體驗監(jiān)控的方式有很多，如鏡像方式、代理方式、插件方式等，我們經(jīng)過測試驗證，最終選擇用戶端瀏覽器注入、服務(wù)端插件捕捉方式實現(xiàn)云化后的用戶體驗監(jiān)控。相較其他方式，數(shù)據(jù)無丟失，度量更加真實可靠。

　　1、主要做法

　　上圖是整體架構(gòu)圖，分布式代理負責(zé)向用戶瀏覽器下發(fā)監(jiān)控插件、收集用戶感知數(shù)據(jù);擴展引擎負責(zé)對用戶感知數(shù)據(jù)處理和分析，最后在控制臺集中展現(xiàn)。

　　以實體廳為例，監(jiān)控組網(wǎng)和實現(xiàn)原理如下圖所示。在Web服務(wù)器或應(yīng)用程序服務(wù)器中啟動用戶體驗功能，會改變服務(wù)器向用戶返回的具體內(nèi)容，主要包括在響應(yīng)用戶的頁面頭部增加了瀏覽器插件腳本的引用路徑，便于用戶在訪問任何頁面時均會加載瀏覽器插件，這個過程稱為瀏覽器注入。該插件的主要作用是：捕捉用戶行為及與服務(wù)器的關(guān)聯(lián)關(guān)系、用戶行為的響應(yīng)時間及可以量化的性能指標(Apdex)。

　　瀏覽器插件實現(xiàn)了對頁面元素事件處理過程的抽象，首先，通過jQuery捕捉界面元素的單擊、滾動及鍵盤敲擊等具體行為，及該行為對應(yīng)的服務(wù)器請求;其次，對每一次用戶操作，插件會記錄用戶真實的響應(yīng)時間，響應(yīng)時間再進一步細分為客戶端時間、網(wǎng)絡(luò)時間和服務(wù)器處理時間等。與網(wǎng)絡(luò)流量解碼不同的是，代理方式無法獲取數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)木�確時間，而只能通過帶寬的實際評估計算出來，實現(xiàn)原理是：每5~10分鐘會從用戶瀏覽器自動發(fā)送1~10k大小不等的文件給服務(wù)端，根據(jù)響應(yīng)時間評估帶寬大小，再按照實際頁面大小估算網(wǎng)絡(luò)時間。

　　用戶體驗監(jiān)控界面如下，以用戶訪問作為最小統(tǒng)計單位，得出用戶每一次訪問的感知情況，是滿意、可容忍還是失望。對于每一次失望的訪問可以呈現(xiàn)出具體原因，失望是因為哪一步操作而失望的。

　　在找到引起用戶失望的操作后，可以分析導(dǎo)致操作失望的原因，是網(wǎng)絡(luò)份額還是服務(wù)器份額。對于用戶感知較差的訪問，可以通過帶寬評估出用戶可能的帶寬大小，如下圖：

　　2、效果舉例

　　1)建立直觀的用戶感知評價體系。在用戶感知評價體系中，響應(yīng)速度最為關(guān)鍵，基于用戶體驗的監(jiān)控為評價體系提供了有效數(shù)據(jù)，如業(yè)務(wù)辦理操作復(fù)雜度、交互速度、業(yè)務(wù)辦理成功率和轉(zhuǎn)化率等，如下圖所示，某時段內(nèi)業(yè)務(wù)的體驗詳細情況：

　　2)實現(xiàn)用戶訪問性能和地市服務(wù)質(zhì)量的監(jiān)控：

　　第二級：應(yīng)用端到端監(jiān)控

　　用戶體驗偏重用戶行為和相關(guān)業(yè)務(wù)的監(jiān)控，為深入了解云化架構(gòu)下的應(yīng)用各個環(huán)節(jié)的運行情況，提升維護工作效率，還需要構(gòu)建一套面向全業(yè)務(wù)、全渠道、端到端的業(yè)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)，用于整體業(yè)務(wù)監(jiān)控視圖，實現(xiàn)領(lǐng)導(dǎo)視圖和運維視圖合一的架構(gòu)。

　　我們通過引入TAP+開源數(shù)據(jù)庫(Mongodb)+Spark流處理技術(shù)，對云服務(wù)器上網(wǎng)絡(luò)流量進行實時動態(tài)采集，根據(jù)代碼規(guī)范和業(yè)務(wù)規(guī)則對數(shù)據(jù)進行過濾、排重，解碼，分析、計算和交易關(guān)聯(lián)，最終實現(xiàn)基于業(yè)務(wù)整體視圖級動態(tài)監(jiān)控，為后端運維提供了快速、高效支撐。整體架構(gòu)如下：

　　1、基本原理和實現(xiàn)過程：

　　1)業(yè)務(wù)配置：從業(yè)務(wù)渠道維度出發(fā)，根據(jù)業(yè)務(wù)訪問關(guān)系，梳理出系統(tǒng)部署圖和業(yè)務(wù)關(guān)系視圖，包括系統(tǒng)內(nèi)部相互之間訪問關(guān)系、訪問端口，組件屬性，協(xié)議解碼等，如下面是能力開放平臺系統(tǒng)部署和應(yīng)用訪問視圖：

　　2)數(shù)據(jù)采集和流處理：首先、系統(tǒng)通過自動部署探針捕獲所有監(jiān)控云服務(wù)器端原始數(shù)據(jù)后進行初次過濾后統(tǒng)一匯聚到TAP交換中心，流處理中心會根據(jù)每個業(yè)務(wù)組件探針從TAP交換中心捕獲數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為原始數(shù)據(jù)包。其次、解碼器根據(jù)TCP會話標識(flowid)將不同組件的原始數(shù)據(jù)包關(guān)聯(lián)成一個完整的會話流，并根據(jù)編碼規(guī)范對關(guān)聯(lián)后數(shù)據(jù)包進行協(xié)議解碼生成原始交易記錄;最后、處理引擎根據(jù)已配置的業(yè)務(wù)規(guī)則對原始交易記錄進行業(yè)務(wù)信息(如類型、渠道等關(guān)鍵字)提取、分析生成業(yè)務(wù)指標記錄并將結(jié)果傳給負責(zé)web展現(xiàn)引擎后入庫。

　　3)動態(tài)監(jiān)控：負責(zé)指標展現(xiàn)引擎(exporter)獲取到數(shù)據(jù)后，將結(jié)果實時更新到前臺web相應(yīng)組件，目前我們已經(jīng)實現(xiàn)實現(xiàn)對NGCRM、客服，網(wǎng)廳、商城，短廳，一級BOSS，渠道便利店，終端管理平臺，移動工作臺，自助終端和能力開放平臺等關(guān)鍵業(yè)務(wù)渠道應(yīng)用級監(jiān)控：

　　4)指標統(tǒng)計：告警模塊(alerter)輪詢數(shù)據(jù)庫中記錄根據(jù)業(yè)務(wù)配置基線和閥值生成趨勢報告和告警信息。

　　2、主要特點

　　1)靈活、高效快速部署

　　應(yīng)用視圖級監(jiān)控以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)為依托，能夠自動發(fā)現(xiàn)應(yīng)用組件之間連接性和訪問關(guān)系(如IP地址，服務(wù)端口，應(yīng)用協(xié)議等)，非常適合云架構(gòu)下的敏捷業(yè)務(wù)監(jiān)控部署，整體步驟只需3步：

　　2)可視化運維，快速定位

　　基于動態(tài)運行視圖可以實時捕捉并跟蹤所有組件指標波動(如業(yè)務(wù)量、成功率、響應(yīng)時長等指標)和基線告警，相比傳統(tǒng)拉網(wǎng)式逐個排查方式，運維人員能夠快速、準確定位故障，數(shù)據(jù)指標還可以應(yīng)用于服務(wù)質(zhì)量評測和變化趨勢分析。

　　3)自動關(guān)聯(lián)，端到端跟蹤

　　通過不同應(yīng)用組件間交易自動關(guān)聯(lián)，可以跟蹤深入到業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部，詳細分析業(yè)務(wù)內(nèi)部各應(yīng)用之間交互運行軌跡和交互關(guān)系，實現(xiàn)問題回溯和快速定位，可基于手機號等業(yè)務(wù)關(guān)鍵字做深入挖掘分析：

　　4)智能模擬告警，告警更準確

　　提供模擬器功能，可自動調(diào)整告警閾值，和歷史上發(fā)生問題的情況對比，最終得到比較合理的告警閾值。

　　第三級：代碼級問題診斷

　　無論是業(yè)務(wù)體驗監(jiān)控，還是應(yīng)用端到端監(jiān)控，都是粗粒度監(jiān)控，在很多情況下，如出現(xiàn)應(yīng)用性能等，盡管能及時發(fā)現(xiàn)問題，但是如何解決定位，還需要更加細粒度的診斷手段。為此，我們引入基于代碼級的業(yè)務(wù)監(jiān)控手段，用于解決應(yīng)用云化后復(fù)雜的環(huán)境下的問題定位診斷場景。

　　1、整體架構(gòu)

　　代碼級監(jiān)控系統(tǒng)基于JVMTI(虛擬機工具接口)技術(shù)實現(xiàn)，整體架構(gòu)如下圖所示，JVM是目前為止使用最多的跨平臺運行環(huán)境，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建JVMTI接口具有較好的底層植入能力，針對不同業(yè)務(wù)將JVMTI的接口封裝成傳感器，并由代理插件調(diào)用來捕獲代碼級數(shù)據(jù)。

　　2、用于故障診斷及性能剖析

　　基于JVMTI的監(jiān)控工具可以追蹤和監(jiān)控任何一筆用戶請求在服務(wù)器端的代碼軌跡，通過對比堆棧上各層函數(shù)耗時，可以迅速找出執(zhí)行熱點，并定位到性能問題的根因。同時，對調(diào)用的函數(shù)啟用出入?yún)��?shù)捕獲，可以詳細了解業(yè)務(wù)執(zhí)行時的快照，幫助定位業(yè)務(wù)層面的問題。下圖為我們JVMTI代理插件部署邏輯圖。

　　應(yīng)用場景舉例一：

　　在6月份通過代碼級監(jiān)控定位到智能營銷平臺性能問題，通過便利店調(diào)用營銷平臺交易通常在1~2分鐘時間，消耗服務(wù)器大量線程池資源，同時在營業(yè)系統(tǒng)調(diào)用便利店過程中，采用了同步阻塞式調(diào)用，多次對用戶體驗造成影響。CPU采樣分析發(fā)現(xiàn)91.6%的性能損耗發(fā)生在應(yīng)用服務(wù)器層，進一步深入到最底層調(diào)用找到程序試圖對一個超大的ArrayList進行遍歷導(dǎo)致執(zhí)行效率低下，解決方案是：采用更高效的哈希集合取代ArrayList，如下圖：

　　應(yīng)用場景舉例二：

　　通過代碼級監(jiān)控發(fā)現(xiàn)低版本的log4j組件引發(fā)的線程死鎖，導(dǎo)致青島自助終端短時間無法登錄，如下圖：

　　第四級：集群式平臺性能監(jiān)控

　　除了上述業(yè)務(wù)和應(yīng)用監(jiān)控手段外，為了對各集群中成百上千臺機器和分區(qū)進行直觀高效的集中監(jiān)控并告警，我們引入開源軟件Ganglia和Nagios并進行定制，構(gòu)建了一套適合云化的集群式平臺性能監(jiān)控系統(tǒng)。目前已經(jīng)實現(xiàn)了對大數(shù)據(jù)集群、BDS集群、CRM共約520個節(jié)點的集中監(jiān)控和告警，內(nèi)容包括節(jié)點和服務(wù)狀態(tài)、資源利用率、網(wǎng)絡(luò)、IO流量等指標，以及Hadoop和HBase的各項性能指標。通過個性化定制，還可以方便地增加其他需要關(guān)注的指標項。

　　1、云化平臺性能監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢

　　相比傳統(tǒng)的網(wǎng)管監(jiān)控，以及其他諸如nmon等性能監(jiān)控手段，我們構(gòu)建的分布式云平臺性能監(jiān)控系統(tǒng)具有以下幾大優(yōu)勢：

　　圖形化web界面，通過曲線對整個集群中設(shè)備的各項性能指標進行直觀的展示，便于分析問題，發(fā)現(xiàn)性能瓶頸。而不是單點的展示。

　　層次結(jié)構(gòu)清晰，通過定義對節(jié)點和服務(wù)分組、分類，逐級檢查，適合大規(guī)模服務(wù)器集群。

　　存儲性能指標數(shù)據(jù)，方便統(tǒng)計分析、生成和導(dǎo)出報表。

　　擴展性強，支持多種開發(fā)語言(shell、C++、Perl、Python、PHP等)，用戶可以方便的根據(jù)需要定制監(jiān)控項目。

　　2、性能監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

　　我們構(gòu)建的云化平臺性能監(jiān)控系統(tǒng)采用開源軟件Ganglia(版本3.7.1-2)和Nagios(版本4.1.1)。前者主要負責(zé)收集、展示性能指標數(shù)據(jù)，后者則側(cè)重于告警機制。

　　1)Ganglia系統(tǒng)架構(gòu)

　　ganglia主要有三個模塊，如下圖所示。

　　gmond：部署在各個被監(jiān)控節(jié)點上，定期收集節(jié)點數(shù)據(jù)，并進行廣播或單播;

　　gmetad：部署在服務(wù)器端，定時從data_source中拉取gmond收集的數(shù)據(jù)。在每個集群中選擇一個節(jié)點定義為data_source;

　　ganglia-web：部署在服務(wù)器端，將監(jiān)控數(shù)據(jù)投遞到web頁面。

　　2)Nagios系統(tǒng)架構(gòu)

　　Nagios主要包括nagios daemon、插件(plugins)和NRPE模塊，如下圖所示。

　　Nagios按照設(shè)置的周期調(diào)用插件來檢查監(jiān)控對象狀態(tài)。執(zhí)行check_nrpe，并指定參數(shù)(檢查命令，比如check_disk),告訴遠端被監(jiān)控節(jié)點的NRPE daemon需要檢查哪些指標。NRPE 運行本地的各種插件進行檢測，然后把檢測的結(jié)果返回給check_nrpe。服務(wù)器端維持一個隊列，所有返回的狀態(tài)信息都進入隊列。共有4種狀態(tài)信息，即 0(OK)表示狀態(tài)正常/綠色、1(WARNING)表示出現(xiàn)警告/黃色、2(CRITICAL)表示嚴重錯誤/紅色、3(UNKNOWN)表示未知錯誤/深黃色。Nagios根據(jù)插件返回來的值，判斷監(jiān)控對象的狀態(tài)，并通過web展示。同時調(diào)用告警腳本smswarn，發(fā)送告警短信，同時，也可以配置郵件告警通知。

　　3)已實現(xiàn)的被監(jiān)控節(jié)點列表

　　目前云化平臺性能監(jiān)控系統(tǒng)共監(jiān)控如下節(jié)點，分為19個集群：

　　3、云化平臺性能監(jiān)控效果

　　1)Ganglia效果示例

　　通過建立基于Ganglia的性能監(jiān)控平臺，改變了對平臺性能監(jiān)控的認識，大大提升了監(jiān)控水平。

　　如下：一個界面內(nèi)可以實現(xiàn)整個集群的運行趨勢概況：

　　下面是云集群內(nèi)每個機器的運行情況，超過幾十種指標可選：

　　2)Nagios效果示例

　　第五級：平臺故障監(jiān)控

　　解決了業(yè)務(wù)和平臺性能的監(jiān)控問題，還有硬件和OS層面的監(jiān)控問題需要解決，由于云化的不斷深入發(fā)展，各類設(shè)備很多，各種設(shè)備特別x86快速增長，傳統(tǒng)監(jiān)控方式、機房巡檢等方式維護難度越來越大，已無法滿足工作要求，為解決該問題，我們新建一套基于硬件和OS層故障的云監(jiān)控告警平臺，該告警平臺基于國際MIB標準，通過SNMP協(xié)議方式實現(xiàn)海量設(shè)備故障數(shù)據(jù)自動采集，事件解析、分析，最終通過和BOMC融合實現(xiàn)業(yè)務(wù)信息關(guān)聯(lián)和告警展現(xiàn)。

　　下圖是硬件告警平臺部署架構(gòu)圖，最底層是包含各類被監(jiān)控對象，包含各類設(shè)備的硬件層面，第二層是硬件mib層，采用分布式架構(gòu)，利用分布式采集、分布式snmp協(xié)議等技術(shù)實現(xiàn)海量硬件設(shè)備的告警數(shù)據(jù)采集，第三層為故障解析和分析層，利用國際標準MIB進行故障解析、分析流程標準化，最上一層為展示層。

　　具體部署架構(gòu)如下：

　　下面是幾個展示實例：

　　集中的故障展示：

　　OS和虛擬機層面詳細展示：

　　hypervisor層存儲池監(jiān)控：