Jaeger

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Jaegerとは

Jaeger (イェーガー)は、GoogleのDapperやOpenZipkinを参考にUber Technologies社によって開発され、その後オープンソース化されたGo言語の分散トレーシングシステムです。
従来のモノリシックで開発されたアプリケーションとは異なり、マイクロサービスを複数呼び出して、１つの大きなリクエスト実現するようなアプリケーションの場合、それぞれのマイクロサービスの処理の流れや依存関係の把握、処理遅延箇所の特定、障害発生時のトラブルシューティングが非常に難しくなりました。この問題を解決するために生まれたのが分散トレーシングシステムです。

Jaeger はOpenTracingと互換性のあるデータモデルを持ち、各種言語(Go、Java、Node.js、Python、C++)用の計測ライブラリを提供します。複数ある分散トレーシングシステムの中では、唯一CNCFの卒業プロジェクトであり、今後のさらなる展開が期待されるOSSです。

分散トレーシングの概要に関しては、OpenTracingについて学んでおくと理解が早いですが、主要な用語として、

スパン
トレース

の2つがあります。この関係性を示すのが以下の図となります。

出典：https://www.jaegertracing.io/docs/1.37/architecture/

スパンは、操作名、操作開始時刻、操作時間などを保持する作業の論理単位を表します。複数のスパンはネストされ、その関連を順序付けることができます。一方、トレースはシステムを通るデータ／実行パスのことであり、各スパンの有向非巡回グラフ(上図の左側のグラフ)として表すことができます。

Jaegerのコンポーネントの構成(all-in-oneバイナリでの例)については、以下の図の通りとなります。

出典：https://www.jaegertracing.io/docs/1.37/architecture/

それぞれの役割は以下の通りです。

jaeger-client	アプリケーションに組み込まれたクライアントライブラリ(複数の言語に対応)により、リクエストの受信ごとにスパンが作成され、分散トレーシングに必要なコンテキスト情報(トレースID、スパンID、baggage)が付加されます。サンプリング数の調整もここで行われます。作成されたスパンはバックエンドスレッドにより、UDP経由でjaeger-agentに送信されます。
jaeger-agent	jaeger-clientからのスパンを受信するデーモンです。ホストおよびコンテナに配備されます。こちらもバッチ処理により、jaeger-collectorにトレースをpushします。
jaeger-collector	jaeger-agentからトレースを受け取り、検証、インデックス付与および変換を行った後、ストレージに格納します。ストレージとしては、現在はCassandra、Elasticsearch、Kafka(中間バッファ)をサポートします。
jaeger-query	ストレージからスパン、トレースを参照して、Web UIを表示するためのサービスです。

主な特徴

分散システムの監視およびトラブルシューティング	マイクロサービス化された分散システムにおいて、以下のようなモニタリングやトラブルシュートに利用できる。分散コンテキスト伝播分散トランザクションモニター根本原因分析サービス依存関係分析パフォーマンス／応答遅延の最適化
高拡張性	Jaegerバックエンドは、単一障害点なく、業務のニーズに合わせて拡張できるように設計されている。Uberでの事例では、あるJaeger環境は1日数十億のスパンの処理を実現している。
OpenTracinとOpenTelemetrygのネイティブサポート	Jaegerバックエンド、Web UI、計測ライブラリは、OpenTracing標準をサポートするために0からデザインされている。スパン間の参照によるツリーだけではない有向非巡回グラフ (DAG)としてトレースを表現強型付けされたスパンタグや、構造化ログをサポート baggageによる一般的な分散コンテキスト伝播メカニズムをサポート v1.35 以降、Jaegerバックエンドは、ネイティブのOpenTelemetry Protocol (OTLP)で OpenTelemetry SDK からトレースデータを受信できる。
多数のバックエンドストレージに対応	Jaegerではトレースストレージバックエンドとして、2つのメジャーなNoSQLデータベース(Cassandra 3.4+、Elasticsearch 5.x/6.x/7.x)をサポートしている。また、コミュニティでは、ScyllaDB、InfluxDB、Amazon DynamoDB、Logz.ioなどのデータベースへの対応が進行中である。
モダンなWeb UI	Jaeger の Web UIは、Reactのような有名なオープンソースフレームワークを使ったJavascriptにより実装されている。大量のデータを効率的に扱えるようになったv 1.0では、そのいくつかのパフォーマンス改善により、数万のスパンがあるトレースを表示できるようになった。
Cloud Native対応	Jaegerバックエンドは、複数のDockerイメージとしても配布される。そのバイナリではコマンドラインや、環境変数、複数のフォーマット(yamlやtomlなど)の設定ファイルによる様々な設定方法をサポートする。Kubernetesクラスタへのデプロイは、Kubernetes operator、Kubernetes templatesおよび、Helm chartによって、アシストされる。
Prometheusメトリックに対応	すべてのJaegerバックエンドコンポーネントは、デフォルトでPrometheusメトリック(他のメトリックバックエンドもサポート)を公開する。ログはGo言語の構造化ロギングライブラリである zapを利用して、標準出力に書き込まれる。
Zipkinとの下位互換性	先進的な機能を利用するためにはJaegerクライアントライブラリを利用することが推奨されるが、すでにZipkinライブラリを使用した計測環境が構成されている場合には、すべてのコードを書き換えなくてもよい。 Jaegerは、HTTP経由でのZipkinフォーマット(Thrift、JSON v1/v2、Protobuf)のスパンを受け取ることによるZipkinとの後方互換性を提供する。Zipkinバックエンドからの切り替えは、Zipkinライブラリから通信ルートをJaegerバックエンドに向けるだけです。
トポロジーグラフ	JeagerのUIは、System ArchitectureとDeep Dependency Graphの 2 種類のサービスグラフをサポートする。例としてA-B-Cのグラフの場合、 System ArchitectureにはAとBの間とBとCの間にはネットワークの呼び出しを含むいくつかのトレースが存在しますが、A-B-Cの完全なチェーントレースはありません。つまり、AがCに依存しているとはいえません。また、このグラフのノード粒度はサービスのみでサービスエンドポイントは含まれていません。一方でDeep DependencyGraphではAがCに推移的な依存関係をもっています。一つのグラフは焦点となるサービスを持っており、そのサービスを通過する経路のみを表示し、ノード粒度をサービスとサービスエンドポイントの間で変更することが可能です。
サービスパフォーマンスモニタリング	スパンデータをRED(Requests,Errors,Duration)メトリクスとして可視化し、統計的に顕著なリクエスト/エラー率やレイテンシーを持つサービスやオペレーションをハイライトします。

類似プロダクト

類似の機能を持ったOSSでは、Zipkin、Skywalkingがあります。それぞれの機能差異は以下の通りです。

	Jaeger	Zipkin	Skywalking
クライアントライブラリ対応言語（※）
C#	〇	〇	×
C++	〇	△	×
Go	〇	〇	△
Java	〇	〇	〇
JavaScript	×	〇	×
LUA	×	△	〇
.NET	×	×	△
Node.js	〇	〇	△
PHP	△	〇	△
Python	〇	△	〇
Ruby	△	〇	×
Scala	△	〇	×
対応フォーマット
Zipkin v1/v2	〇	〇	〇
Jaeger フォーマット	〇	×	〇
Skywalkingフォーマット	×	×	〇
テレメトリ送信(トランスポート)方式
gRPC	〇	×	〇
HTTP	〇	〇	〇
Kafka	×	〇	×
Scribe	×	〇	×
対応ストレージ
Cassandra	〇	〇	×
Elasticsearch	〇	〇	〇
H2	×	×	〇
MySQL	×	〇	〇
TiDB	×	×	〇
Kafka (中間バッファ）	〇	〇	×