Ablaufverfolgung / Traceur: Was steckt dahinter und wofür wird es gebraucht?

Herzlich willkommen zu unserem umfassenden Artikel über Ablaufverfolgung, auch bekannt als Tracing! In der komplexen Welt moderner Softwarearchitekturen, insbesondere in Umgebungen mit Microservices und verteilten Systemen, kann es eine echte Herausforderung sein, zu verstehen, was im Hintergrund wirklich vor sich geht. Die Ablaufverfolgung bietet hier die Lösung, indem sie tiefe Einblicke in den Weg einer Anfrage durch Ihre gesamte Applikation ermöglicht. Lassen Sie uns eintauchen in die Welt des Tracings und herausfinden, was dahinter steckt und wofür es gebraucht wird.

Was ist Ablaufverfolgung (Tracing) überhaupt?

Stellen Sie sich vor, Sie betreiben ein Online-Bestellsystem. Ein Kunde klickt auf „Bestellen”, und im Hintergrund passiert eine Menge: Die Anfrage wird an verschiedene Dienste weitergeleitet, die Lagerbestände prüfen, Zahlungen abwickeln, Versandinformationen aktualisieren und E-Mails versenden. Wenn etwas schiefgeht – die Bestellung hängt, die Zahlung schlägt fehl oder die E-Mail kommt nicht an – wo fangen Sie an, nach der Ursache zu suchen? Hier kommt die Ablaufverfolgung ins Spiel.

Tracing ist eine Technik, die es ermöglicht, den Weg einer Anfrage durch ein System zu verfolgen. Sie erfasst Informationen über jede einzelne Operation, die im Zuge dieser Anfrage ausgeführt wird, und speichert diese in einer strukturierten Form. Diese Informationen können dann verwendet werden, um Leistungsprobleme zu identifizieren, Engpässe zu lokalisieren, Fehler zu beheben und das Verhalten des Systems besser zu verstehen.

Im Wesentlichen erstellt Tracing eine Art „Landkarte” der Anfrage, die zeigt, welche Dienste aufgerufen wurden, wie lange jede Operation gedauert hat und wo eventuelle Fehler aufgetreten sind. Diese Landkarte hilft Ihnen, die Verbindung zwischen Ursache und Wirkung zu erkennen und Probleme schnell zu lösen.

Die Grundlagen: Spans und Traces

Um die Funktionsweise von Tracing besser zu verstehen, müssen wir zwei zentrale Konzepte kennen: Spans und Traces.

• Span: Ein Span repräsentiert eine einzelne, benannte Operation innerhalb eines Traces. Denken Sie an einen Span als einen Baustein, der eine bestimmte Aufgabe innerhalb der Anfrage darstellt. Ein Span kann Informationen wie den Namen der Operation, die Start- und Endzeit, Attribute (z. B. HTTP-Statuscode oder Datenbankabfrage) und Logs enthalten.
• Trace: Ein Trace ist die vollständige Sammlung von Spans, die zu einer einzigen Anfrage gehören. Er repräsentiert den gesamten Weg, den die Anfrage durch das System genommen hat. Ein Trace hat eine eindeutige ID und enthält alle Spans, die im Zusammenhang mit dieser Anfrage erstellt wurden. Die Spans in einem Trace sind in der Regel hierarchisch angeordnet, um die Reihenfolge und die Beziehungen zwischen den Operationen widerzuspiegeln.

Stellen Sie sich vor, Sie bestellen ein Buch online. Der Trace ist die gesamte Bestellung. Die einzelnen Spans könnten sein: „Kundenanfrage erhalten”, „Produktinformationen abrufen”, „Zahlung verarbeiten”, „Lagerbestand prüfen”, „Versand vorbereiten” und „Bestellbestätigung senden”. Jeder Span enthält Informationen darüber, wie lange diese spezielle Aufgabe gedauert hat.

Warum ist Ablaufverfolgung so wichtig?

In traditionellen, monolithischen Anwendungen war die Fehlersuche oft einfacher. Man konnte sich in den Code einloggen und den Ablauf Schritt für Schritt verfolgen. In modernen, verteilten Systemen ist das aber oft unmöglich. Hier sind einige Gründe, warum Ablaufverfolgung unverzichtbar geworden ist:

• Komplexität verteilter Systeme: Microservices und andere verteilte Architekturen erhöhen die Komplexität enorm. Eine einzelne Anfrage kann viele verschiedene Dienste durchlaufen, die in unterschiedlichen Sprachen geschrieben und auf unterschiedlichen Servern gehostet werden. Tracing hilft dabei, diese Komplexität zu entwirren und den Überblick zu behalten.
• Leistungsoptimierung: Tracing ermöglicht es, Engpässe und Leistungsprobleme zu identifizieren. Durch die Analyse der Span-Dauer können Sie erkennen, welche Dienste am längsten dauern und wo Optimierungen erforderlich sind.
• Fehlerbehebung: Wenn etwas schiefgeht, hilft Tracing dabei, die Ursache des Problems zu finden. Sie können den Trace der fehlgeschlagenen Anfrage untersuchen und sehen, wo der Fehler aufgetreten ist.
• Überwachung und Reporting: Tracing-Daten können verwendet werden, um Dashboards und Berichte zu erstellen, die einen Überblick über die Leistung des Systems geben. Sie können Metriken wie die durchschnittliche Anfragedauer, die Fehlerrate und die Anzahl der Anfragen pro Sekunde überwachen.
• Debugging über Systemgrenzen hinweg: Wenn ein Fehler über mehrere Dienste hinweg auftritt, ermöglicht Tracing, den Fehler bis zu seiner Ursache zu verfolgen, selbst wenn sich die Fehler in unterschiedlichen Protokollen manifestieren.

Wie funktioniert Ablaufverfolgung in der Praxis?

Die Implementierung von Ablaufverfolgung erfordert in der Regel die Verwendung von Tracing-Bibliotheken oder -Agenten, die in Ihre Anwendungen integriert werden. Diese Bibliotheken instrumentieren Ihren Code und erfassen die Spans, die dann an einen Tracing-Backend gesendet werden. Hier sind die wichtigsten Schritte:

1. Instrumentierung: Der Code wird mit Tracing-Bibliotheken instrumentiert. Diese Bibliotheken erstellen und verwalten Spans automatisch für wichtige Operationen, wie z.B. HTTP-Anfragen, Datenbankabfragen und Nachrichtenwarteschlangen-Operationen.
2. Span-Kontextpropagation: Der Span-Kontext (die ID des Traces und des aktuellen Spans) muss zwischen den Diensten weitergegeben werden. Dies geschieht in der Regel über HTTP-Header oder andere Kommunikationsmechanismen.
3. Tracing-Backend: Die Spans werden an ein Tracing-Backend gesendet, das die Daten speichert und visualisiert. Beliebte Tracing-Backends sind Jaeger, Zipkin und Grafana Tempo.
4. Visualisierung und Analyse: Die Daten im Tracing-Backend können dann verwendet werden, um Traces zu visualisieren, Engpässe zu identifizieren und Fehler zu beheben.

Beliebte Tracing-Tools und Frameworks

Es gibt eine Vielzahl von Tracing-Tools und Frameworks, die Ihnen bei der Implementierung von Ablaufverfolgung helfen können. Hier sind einige der beliebtesten:

• Jaeger: Ein Open-Source-Tracing-System, das von Uber entwickelt wurde. Jaeger ist für hochskalierbare verteilte Systeme konzipiert und unterstützt verschiedene Sprachen und Plattformen.
• Zipkin: Ein weiteres Open-Source-Tracing-System, das von Twitter entwickelt wurde. Zipkin ist ebenfalls sehr beliebt und bietet eine gute Unterstützung für Microservices.
• Grafana Tempo: Ein Open-Source-Tracing-Backend, das in Grafana integriert ist. Tempo ist einfach zu bedienen und bietet eine gute Integration mit anderen Grafana-Produkten.
• Datadog APM: Eine kommerzielle APM-Lösung (Application Performance Monitoring) mit integrierter Ablaufverfolgung. Datadog APM bietet eine umfassende Palette von Funktionen für die Überwachung und das Management von Anwendungen.
• New Relic APM: Eine weitere kommerzielle APM-Lösung mit Tracing-Funktionen. New Relic APM bietet ebenfalls eine breite Palette von Funktionen für die Überwachung und das Management von Anwendungen.
• OpenTelemetry: Ein Open-Source-Projekt, das sich zum Ziel gesetzt hat, einen Standard für die Instrumentierung von Anwendungen für Tracing, Metriken und Logging zu schaffen. OpenTelemetry wird von vielen Unternehmen und Communities unterstützt und ist auf dem besten Weg, der De-facto-Standard für Telemetrie zu werden.

Best Practices für die Ablaufverfolgung

Um das Beste aus Ihrer Ablaufverfolgung herauszuholen, sollten Sie einige Best Practices beachten:

• Instrumentieren Sie Ihren Code umfassend: Stellen Sie sicher, dass Sie alle wichtigen Operationen in Ihrem Code instrumentieren, damit Sie ein vollständiges Bild des Anfragenflusses erhalten.
• Verwenden Sie aussagekräftige Span-Namen: Wählen Sie Span-Namen, die klar und verständlich sind, damit Sie schnell erkennen können, was jeder Span repräsentiert.
• Fügen Sie relevante Attribute hinzu: Fügen Sie relevante Attribute zu Ihren Spans hinzu, um zusätzliche Informationen über die Operation bereitzustellen. Beispielsweise können Sie den HTTP-Statuscode, die Datenbankabfrage oder die Anzahl der verarbeiteten Datensätze hinzufügen.
• Verwenden Sie Logs: Fügen Sie Logs zu Ihren Spans hinzu, um zusätzliche Informationen über das Verhalten des Systems zu protokollieren. Logs können Ihnen helfen, Fehler zu beheben und das System besser zu verstehen.
• Berücksichtigen Sie die Performance: Die Instrumentierung Ihres Codes kann sich auf die Performance auswirken. Stellen Sie sicher, dass Sie Ihre Tracing-Bibliotheken und -Agenten so konfigurieren, dass die Auswirkungen auf die Performance minimiert werden.

Fazit

Ablaufverfolgung ist ein unverzichtbares Werkzeug für die Überwachung, das Management und die Fehlerbehebung moderner, verteilter Anwendungen. Sie bietet tiefe Einblicke in den Weg einer Anfrage durch das System und hilft Ihnen, Leistungsprobleme zu identifizieren, Engpässe zu lokalisieren und Fehler zu beheben. Durch die Implementierung von Ablaufverfolgung können Sie die Zuverlässigkeit, die Performance und die Wartbarkeit Ihrer Anwendungen verbessern.

Wenn Sie also mit komplexen Systemen arbeiten, sollten Sie unbedingt die Ablaufverfolgung in Betracht ziehen. Es wird Ihnen das Leben deutlich erleichtern!