背景

OpenTelemetry 簡介

OpenTelemetry[1] （以下簡稱 Otel）是一個開源項目，旨在為分布式追蹤、度量和日志提供統一的標準，簡化應用程序的觀測性（Observability）。它提供了一系列工具和 API，用于收集和傳輸應用程序的性能數據和日志，幫助開發者和運維團隊更好地理解系統的行為。功能包括自動和手動檢測應用程序的追蹤數據，收集關鍵度量指標，以及捕獲和傳輸日志。Otel 支持多種編程語言和框架，可以與多個后端系統集成，如 Prometheus、Jaeger、Elasticsearch 等。

Log 是 OpenTelemetry 項目的一部分，旨在提供一種標準化的方式來收集、傳輸和存儲日志數據。

Loki 簡介

Loki[2] 是 Grafana Labs[3] 開發的一個水平可擴展、高可用性、多租戶的日志聚合系統，專為效率和易用性而設計。與傳統的日志聚合系統不同，Loki 主要索引日志內容的元數據而不是內容本身，這使得它既輕量又高效。Loki 采用了與 Prometheus[4] 類似的標簽系統，使得日志查詢更加靈活和強大。常用于存儲和查詢大量日志數據，特別是與 Grafana 結合使用時，提供了強大的日志可視化和分析能力。

演示

在本演示中將使用 Java 應用進行日志閉環操作的演示，在 Otel Log 支持的語言[5] 中，Java 是的最全面的語言之一。

架構

圖片

1. Otel Operator 通過自動插樁的配置，為 Java 工作負載安裝探針并加載配置
2. 應用通過 otlp 端點上報日志到 Otel collector
3. Otel collector 將日志輸出到 Loki
4. grafana 將 Loki 作為數據源進行日志的可視化展示

前置條件

• Kubernetes 集群
• kubectl cli
• helm cli

安裝 Loki 和 Grafana

安裝 Grafana helm 庫。

helm repo add grafana https://grafana.github.io/helm-charts
helm repo update

準備 Loki 的配置文件 values.yaml。

loki:
  auth_enabled: false
  commonConfig:
    replication_factor: 1
  storage:
    type: 'filesystem'
singleBinary:
  replicas: 1

安裝 Loki。

helm install --values values.yaml loki grafana/loki

安裝 Grafana。

helm install grafana grafana/grafana

通過 port forward 可以訪問 Grafana http://localhost:3000 。

POD_NAME="$(kubectl get pod -l app.kubernetes.io/name=grafana -o jsnotallow='{.items[0].metadata.name}')"
kubectl --namespace default port-forward $POD_NAME 3000

在 Grafana 中配置 Loki 數據源，指向上面部署 Loki。

圖片

安裝 Otel Operator

Otel Operator 依賴 cert-manager 進行證書的管理，安裝 operator 之前需要安裝 cert-manager。

kubectl apply -f https://github.com/cert-manager/cert-manager/releases/download/v1.13.2/cert-manager.yaml

執行下面命令安裝 Otel Operator

kubectl apply -f https://github.com/open-telemetry/opentelemetry-operator/releases/latest/download/opentelemetry-operator.yaml

配置 Instrumentation

成功安裝 Otel Operator 之后，接下來就是配置探針的安裝和配置了，詳細的配置說明，可以參考 Instrumentation API 文檔[6]。

Instrumentation 是 Otel Operator 的另一個 CRD，用于自動安裝 Otel 探針和配置。本演示雖然主要聚焦在日志，但我們依然保留了之前使用的分布式跟蹤的配置，保證鏈路信息的傳遞。

• propagators 用于配置跟蹤信息在上下文的傳遞方式。
• sampler 采樣器
• env 和 [language].env 添加到容器的環境變量

針對 Java 應用，通過環境變量 OTEL_EXPORTER_OTLP_ENDPOINT 設置 oltp 的端點，以及 OTEL_LOGS_EXPORTER 設置應用 日志的輸出方式[7] oltp。也可以設置為 logging、oltp，將日志輸出到控制臺以及 oltp 端點。

kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: opentelemetry.io/v1alpha1
kind: Instrumentation
metadata:
  name: instrumentation-sample
spec:
  propagators:
    - tracecontext
    - baggage
    - b3
  sampler:
    type: parentbased_traceidratio
    argument: "1"
  env:
    - name: OTEL_EXPORTER_OTLP_ENDPOINT
      value: otel-collector.default:4318
  java:    
    env:
      - name: OTEL_EXPORTER_OTLP_ENDPOINT
        value: http://otel-collector.default:4317   
      - name: OTEL_LOGS_EXPORTER
        value: otlp
EOF

配置 OpenTelemetry Collector

在我們的設計用，Otel Collector 會將日志輸出到 Loki，實際上是通過 Loki 的 HTTP API[8] 來發送日志，因此需要使用適配 Loki API 的 exporter[9]：lokiexporter[10]。

lokiexporter 來自 Otel Collector 的 Contrib 庫[11]，并不在官方的 release 中。要想在 collector 中使用 lokiexporter 有兩種方式：

• 使用官方提供的工具 OpenTelemetry Collector Builder (ocb)[12] 在構建 collector 的二進制時將 lokiexporter 加入其中。
• 使用 官方提供的發行包 otelcol-contrib[13]，這個包中包含了 Contrib 庫所有的第三方組件。但不推薦在生產環境中使用，僅供測試。我們的演示中將會使用該發行包。

Otel 收集器的詳細配置可以參考 官方文檔[14]。

• 接收器（receiver），我們配置 otlp 來接收來自應用程序的跟蹤信息。
• 處理器（processor），將日志中的部分資源屬性作為 loki 的標簽，比如服務名、容器名、命名空間、pod 名。
• 輸出器（exporter），配置 Loki 的 HTTP API 端點 http://loki.default:3100/loki/api/v1/push。
• 管道服務（pipeline service），使用 otlp 作為輸入源，將 loki 作為輸出目的地。

kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: opentelemetry.io/v1alpha1
kind: OpenTelemetryCollector
metadata:
  name: otel
spec:
  image: ghcr.io/open-telemetry/opentelemetry-collector-releases/opentelemetry-collector-contrib:0.90.1
  config: |
    receivers:
      otlp:
        protocols:
          grpc:
          http:

    processors:
      resource:
        attributes:
          - action: insert
            key: loki.resource.labels
            value: service.name, k8s.container.name, k8s.namespace.name, k8s.pod.name

    exporters:
      debug:
        verbosity: detailed
      loki:
        endpoint: "http://loki.default:3100/loki/api/v1/push"
        tls:
          insecure: true
        default_labels_enabled:
          exporter: true
          job: true   

    service:
      pipelines:
        logs:
          receivers: [otlp]
          processors: [resource]
          exporters: [loki]          
EOF

部署示例應用

這是一個非常簡單的 Java 應用，監聽 8080 端口，在響應請求時打印日志。

@SpringBootApplication
@Slf4j
@RestController
public class SpringBootRestApplication {

 public static void main(String[] args) {
  SpringApplication.run(SpringBootRestApplication.class, args);
 }

 @GetMapping("/")
 public String hello() {
  log.info("Hello World");
  return "Hello World";
 }
}

在 Maven 的 pom 中只引入了兩個依賴 ：spring-boot-starter-web 和 lombok。

<dependencies>
  <dependency>
   <groupId>org.springframework.boot</groupId>
   <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
  </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
            <version>1.18.28</version>
        </dependency>
    </dependencies>

部署應用。

kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: java-sample
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: java-sample
  template:
    metadata:
      labels:
        app: java-sample
      annotations:
        instrumentation.opentelemetry.io/inject-java: "true"
    spec:
      containers:
      - name: java-sample
        image: addozhang/spring-boot-rest
        imagePullPolicy: Always
        ports:
        - containerPort: 8080
EOF

應用部署完成后，通過端口轉發可以成功訪問應用。

curl localhost:8080
Hello World

測試

Grafana 配置完 Loki 的數據源之后，在 Explore 中選擇配置的 Loki 數據源，然后在下方的 Label Filters 中選擇過濾器名 service_name 和值 java-sample。

圖片

點擊 Run query

總結

在本文中，我們探討了如何利用 OpenTelemetry 的自動檢測功能來高效采集應用日志，通過 OpenTelemetry Collector 進行處理，并利用 Loki Exporter 將日志數據發送到 Loki。最后，我們展示了如何使用 Grafana 對這些日志進行深入的查詢和分析。這一過程不僅優化了日志管理流程，還提升了數據的可視化和可用性。這種集成為開發者和運維團隊提供了一個全面的視角，幫助他們更有效地理解和優化他們的應用和基礎設施。特別是，如果將分布式跟蹤的 traceid、spanid 等信息作為 Loki 日志的標簽，將極大地增強了日志數據的可追蹤性和可分析性。

參考資料

[1] OpenTelemetry: https://opentelemetry.io

[2] Loki: https://grafana.com/oss/loki/

[3] Grafana Labs: https://grafana.com

[4] Prometheus: https://prometheus.io

[5] Otel Log 支持的語言: https://opentelemetry.io/docs/concepts/signals/logs/#language-support

[6] Instrumentation API 文檔: https://github.com/open-telemetry/opentelemetry-operator/blob/main/docs/api.md#instrumentation

[7] 日志的輸出方式: https://github.com/open-telemetry/opentelemetry-java/tree/main/sdk-extensions/autoconfigure#exporters

[8] Loki 的 HTTP API: https://grafana.com/docs/loki/latest/reference/api/#push-log-entries-to-loki

[9] exporter: https://opentelemetry.io/docs/collector/configuration/#exporters

[10] lokiexporter: https://github.com/open-telemetry/opentelemetry-collector-contrib/tree/main/exporter/lokiexporter

[11] Otel Collector 的 Contrib 庫: https://github.com/open-telemetry/opentelemetry-collector-contrib

[12] OpenTelemetry Collector Builder (ocb): https://github.com/open-telemetry/opentelemetry-collector/tree/main/cmd/builder

[13] 官方提供的發行包 otelcol-contrib: https://github.com/open-telemetry/opentelemetry-collector-releases

[14] 官方文檔: https://opentelemetry.io/docs/collector/configuration/