監控系統哪家強？EMonitor與 CAT 大比拼！

本文通過對比分析下兩者所做的事情爲契機討論監控系統或許該有的面貌，以及淺談下監控系統發展的各個階段。

餓了麼監控系統 EMonitor ：是一款服務於餓了麼所有技術部門的一站式監控系統，覆蓋了系統監控、容器監控、網絡監控、中間件監控、業務監控、接入層監控以及前端監控的數據存儲與查詢。

每日處理總數據量近 PB ，每日寫入指標數據量百 T，每日指標查詢量幾千萬，配置圖表個數上萬，看板個數上千。

CAT：是基於 Java 開發的實時應用監控平臺，爲美團點評提供了全面的實時監控告警服務。

CAT 做的事情（開源版）

首先要強調的是這裏我們只能拿到 GitHub 上開源版 CAT 的最新版 3.0.0 ，所以是基於此進行對比。接下來說說 CAT 做了哪些事情？

①抽象出監控模型

抽象出 Transaction、Event、Heartbeat、Metric 4 種監控模型：

• Transaction：用來記錄一段代碼的執行時間和次數。

• Event：用來記錄一件事發生的次數。

• Heartbeat：表示程序內定期產生的統計信息，如 CPU 利用率。

• Metric：用於記錄業務指標，可以記錄次數和總和。

針對 Transaction 和 Event 都固定了兩個維度， type 和 name ，並且針對 type 和 name 進行分鐘級聚合成報表並展示曲線。

②採樣鏈路

針對上述 Transaction、Event 的 type 和 name 分別有對應的分鐘級的採樣鏈路。

③自定義的 Metric 打點

目前支持 Counter 和 Timer 類型的打點，支持 tag ，單機內單個 Metric 的 tag 組合數限制 1000 。

並且有簡單的監控看板，如下圖所示：

④與其他組件集成

比如和 Mybatis 集成，在客戶端開啓相關的 sql 執行統計，並將該統計劃分到 Transaction 統計看板中的 type=SQL 的一欄下。

⑤告警

可以針對上述的 Transaction、Event 等做一些簡單的閾值告警。

餓了麼 EMonitor 和 CAT 的對比

餓了麼 EMonitor 借鑑了 CAT 的相關思想，同時又進行了改進。

①引入 Transaction、Event 的概念

針對 Transaction 和 Event 都固定了兩個維度， type 和 name ，不同地方在於聚合用戶發過來的數據。

CAT 的架構圖如下所示：

CAT 的消費機需要做如下兩件事情：

• 對 Transaction、Event 等消息模型按照 type 和 name 進行當前小時的聚合，歷史小時的聚合數據寫入到 MySQL 中。

• 將鏈路數據寫入到本地文件或者遠程 HDFS 上。

EMonitor 的架構圖如下所示：

EMonitor 分兩路對數據進行隔離處理：

• Real-Time Streaming Compute：對用戶發過來的鏈路中的 Transaction 、Event 等監控模型轉變成指標數據並進行 10s 的預聚合，同時也對用戶發過來的 Metric 數據進行 10s 預聚合。
  最後將 10s 預聚合的數據寫入到 LinDB 時序數據庫（已開源，有興趣的可以關注 star 下）中，以及 Kafka 中，讓告警模塊 watchdog 去消費 Kafka 做實時告警。

• Real-Time Data Writer：對用戶發過來的鏈路數據構建鏈路索引、向 HDFS 和 HBase 寫入索引和鏈路數據，同時會構建應用之間的依賴關係，將依賴關係寫入到 Neo4j 中。

所以 EMonitor 和 CAT 的一個很大不同點就在於對指標的處理上， EMonitor 交給專業的時序數據庫來做。

而 CAT 自己做聚合就顯得功能非常受限，如下所示：

• CAT 只能整小時的查看 type 和 name 數據，不能跨小時，即不能查看任意兩個時間之間的報表數據， EMonitor 沒有此限制。

• CAT 沒法查看所有 type 彙總後的響應時間和 QPS ， EMonitor 可以靈活的自由組合 type 和 name 進行聚合。

• CAT 的 type 和 name 報表是分鐘級的， EMonitor 是 10s 級別的。

• CAT 的 type 和 name 沒能和歷史報表曲線直接對比， EMonitor 可以對比歷史報表曲線，更容易發現問題。

• CAT 的 type 和 name 列表首頁展示了一堆數字，無法立即獲取一些直觀信息。
  比如給出了響應時間 TP99 100ms 這個到底是好還是壞， EMonitor 有當前曲線和歷史曲線，相對來說可以直接判斷到底 ok 不 ok。

• CAT的 TP99、TP999 基於單機內某個小時內的報表是準確的，除此之外多機或者多個小時的聚合 TP99、TP999 是用加權平均來計算的，準確性有待提高。

但是CAT也有自己的優勢：

• CAT 含有 TP999、TP9999 線（但是準確性還有些問題）， EMonitor 只能細到 TP99 。

• CAT 的 type 和 name 可以按照機器維度進行過濾， EMonitor 沒有做到這麼細粒度。

②採樣鏈路

目前 CAT 和 EMonitor 都可以通過 type 和 name 來過濾採樣鏈路，不同點在於：

• CAT 的採樣鏈路是分鐘級別的， EMonitor 是 10s 級別的。

• 針對某一個 type 和 name ，CAT 目前無法輕鬆找想要的鏈路， EMonitor 可以輕鬆的找到某個時刻或者說某段時間內響應時間想要的鏈路（目前已經申請專利）。

EMonitor 的鏈路如下所示：

• 上圖是某個10s 時刻、某個 type 和 name 過濾條件下的採樣鏈路。

• 第一行是這 10s 內的採樣鏈路，按照響應時間進行了排序。

• 可以隨意點擊某個響應時間來查看對應的鏈路詳情。

③自定義的 Metric 打點

EMonitor 支持 Counter、Timer、Histogram、Payload、Gauge 等等多種形式的打點方式，並且支持 tag ：

• Counter：計數累加類型。

• Timer：可以記錄一段代碼的耗時，包含執行次數、耗時最大值、最小值、平均值。

• Histogram：包含 Timer 的所有東西，同時支持計算 TP99 線，以及其他任意 TP 線（從 0 到 100 ）。

• Payload：可以記錄一個數據包的大小，包含數據包個數、包的最大值、最小值、平均值。

• Gauge：測量值，一般用於衡量隊列大小、連接數、CPU、內存等等。

也就是任意 Metric 打點都可以流經 EMonitor 進行處理了並輸送到 LinDB 時序數據庫中。

至此， EMonitor 就可以將任何監控指標統一在一起了，比如機器監控都可以通過 EMonitor 來保存了，這爲一站式監控系統奠定了基礎。

④自定義 Metric 看板

CAT 只有一個簡易的 Metric 看板。EMonitor 針對 Metric 開發了一套可以媲美 Grafana 的指標看板。

相比 Grafana 的優勢：

• 有一套類似 SQL 的非常簡單的配置指標的方式。

• 跟公司人員組織架構集成，更加優雅的權限控制，不同的部門可以建屬於自己的看板。

• 指標和看板的收藏，當源指標或看板改動後，無需收藏人員再改動。

• alpha、beta、prod 不同環境之間的一鍵同步指標和看板，無需配置多次。

• PC 端和移動端的同步查看指標和看板。

類 SQL 的配置查詢指標方式如下所示：

• 可以配置圖表的展現形式。

• 可以配置要查詢的字段以及字段之間的加減乘除等豐富的表達式。

• 可以配置多個任意 tag 的過濾條件。

• 可以配置 group by 以及 order by。

看板整體如下所示：

移動端顯示如下：

⑤與其他組件集成

目前 EMonitor 已經打通了 IaaS 層、 PaaS 層、應用層的所有鏈路和指標的監控，再也不用在多個監控系統中切換來切換去了。

如下所示：
IaaS 層物理機、機房網絡交換機等的監控指標。
PaaS 層中間件服務端的監控指標。
應用層 SOA、Exception、JVM、MQ 等客戶端的相關指標。
應用層自定義的監控指標。

以打通餓了麼分庫分表中間件 DAL 爲例：

可以根據機房、執行狀態、表、操作類型（比如 Insert、Update、Select 等）進行過濾查看：

• 左邊列表給出每條 SQL 的執行的平均耗時。

• 右邊 2 個圖表給出該條 SQL 在 DAL 中間件層面、 DB 層面的耗時以及調用 QPS。

• 可以給出該 SQL 打在後端 DAL 中間、 DB 上的分佈情況，可以用於排查是否存在一些熱點的情況。

• 還有一些 SQL 查詢結果的數據包大小的曲線、 SQL 被 DAL 限流的情況等等。

• 可以查看任何時間點上該 SQL 的調用鏈路信息。

再以打通餓了麼 SOA 服務爲例：

• 可以根據機房和狀態信息進行過濾。

• 左邊一欄列出該應用提供的 SOA 服務接口，同時給出平均響應時間以及和昨天的對比情況。

• 右邊的兩個圖表分別給出了對應服務接口的服務響應時間和 QPS 以及和昨天的對比情況，同時可以切換平均響應時間到 TP99 或者其他 TP 值，同時配有可以快速對相關曲線添加告警的跳轉鏈接。

• 可以切換到單機維度來查看每臺機器該 SOA 接口的響應時間和 QPS ，用來定位某臺機器的問題。

• 可以給出該 SOA 接口調用在不同集羣的分佈佔比。

• 可以給出該 SOA 接口的所有調用方以及他們的 QPS。

• 可以查看任何時間點上該 SOA 接口的調用鏈路信息。

⑥告警

可以針對所有的監控指標配置如下告警方式：

• 閾值：簡單的閾值告警，適用於 CPU 、內存等。

• 同環比：與過去同期比較的告警。

• 趨勢：適合於相對平滑連續的無需閾值的智能告警。

• 其他告警形式。

淺談監控系統的發展趨勢

①日誌監控階段

本階段實現方式：程序打日誌，使用 ELK 來存儲和查詢程序的運行日誌，ELK 也能簡單顯示指標曲線。

排障過程：一旦有問題，則去 ELK 中搜索可能的異常日誌來進行分析排障。

②鏈路監控階段

上一個階段存在的問題：ELK 只是基於一行一行日誌進行聚合或者搜索分析，日誌之間沒有上下文關聯。很難知道一次請求耗時較長究竟耗時在哪個階段。

本階段實現方式：CAT 橫空出世，通過建模抽象出 Transaction、Metric 等監控模型，將鏈路分析和簡單的報表帶入了大家的視野。

告警方式：針對報表可以進行閾值監控排障過程：一旦有告警，可以通過點擊報表來詳細定位到是哪個 type 或 name 有一定問題，順便找到對應的鏈路，查看詳細的信息。

③指標監控階段

上一階段存在的問題：CAT 對自定義指標支持的比較弱，也無法實現或者展現更加多樣的查詢聚合需求。

本階段的實現方式：支持豐富的 Metric 指標，將鏈路上的一些報表數據也可以劃分到指標中，交給專業的時序數據庫來做指標的存儲和查詢，對接或者自研豐富的指標看板如 Grafana 。

告警方式：針對指標進行更加豐富的告警策略排障過程：一旦有告警，可能需要到各個系統上查看指標看板，粗略定位根因，再結合鏈路總和分析。

④平臺打通整合階段

上一階段存在的問題：系統監控、中間件和業務監控、部分業務監控、鏈路監控與指標監控都各搞一套數據收集、預處理、存儲、查詢、展現、告警流程，各個系統處理數據格式、使用方式不統一。

本階段的實現方式：打通從系統層面、容器層面、中間件層面、業務層面等等的可能的鏈路和指標監控，統一數據的處理流程，同時整合發佈、變更、告警與監控曲線結合，成爲一站式監控平臺。

告警方式：可以統一的針對各個層面的監控數據做統一化的告警排障過程：只需要在一個監控系統中就可以查看到所有的監控曲線和鏈路信息。

目前我們 EMonitor 已完成這個階段，將公司之前存在已久的 3 套獨立的監控系統統一整合成現如今的一套監控系統。

⑤深度分析階段

上一階段存在的問題：

• 用戶雖然可以在一個系統中看到所有各個層面的監控數據了，但是每次排障時仍然要花很多的時間去查看各個層面是否有問題，一旦漏看一項可能就錯過了問題所在的根因。

• 沒有整個業務的全局監控視角，都停留在各自應用的角度。

總之：之前的階段都是去做一個監控平臺，用戶查詢什麼指標就展示相應的數據，監控平臺並不去關心用戶所存儲數據的內容。

現在呢就需要轉變思路，監控平臺需要主動去幫用戶分析裏面所存儲的數據內容。

本階段的實現方式：所要做的就是把幫用戶分析的過程抽象出來，爲用戶構建應用大盤和業務大盤，以及爲大盤做相關的根因分析。

應用大盤：就是爲當前應用構建上下游應用依賴的監控、當前應用所關聯的機器監控、Redis、MQ、Database 等等監控，可以時刻爲應用做體檢，來主動暴露出問題，而不是等用戶去一個個查指標而後發現問題。

業務大盤：就是根據業務來梳理或者利用鏈路來自動生產大盤，該大盤可以快速告訴用戶是哪些業務環節出的問題。

根因分析：一個大盤有很多的環節，每個環節綁定有很多的指標，每次某個告警出來有可能需要詳細的分析下每個環節的指標。

比如消費 Kafka 的延遲上升，有各種各樣的原因都可能導致，每次告警排查都需要將分析流程再全部人爲分析排查下，非常累，所以需要將定位根因的過程通過建模抽象下，來進行統一解決。

趨勢報表分析：主動幫用戶發現一些逐漸惡化的問題點，比如用戶發佈之後，接口耗時增加，很可能用戶沒有發現，雖然當前沒有問題，但是很有可能在明天的高峯期就會暴露問題，這些都是已經實實在在發生的事故。

要想做主動分析，還深度依賴指標下鑽分析，即某個指標調用量下降了，能主動分析出是哪些 tag 維度組合導致的下降，這是上述很多智能分析的基礎，這一塊也不簡單。

告警方式：可以統一的針對各個層面的監控數據做統一化的告警排障過程：NOC 根據業務指標或者業務大盤快速得知是哪些業務或者應用先出了問題，應用的 owner 通過應用大盤的體檢得知相關的變動信息。

比如是 Redis 波動、Database 波動、上下游應用的某個方法波動等等，來達到快速定位問題目的，或者通過對大盤執行根因分析來定位到根因。

再談 Logging、Tracing、Metrics

三者關係如下圖所示：

三者的確都不可或缺，相輔相成，但是我想說以下幾點：

• 三者在監控排障中的所佔比例卻大不一樣：Metrics 佔據大頭， Tracing 次之， Logging 最後。

• Tracing 含有重要的應用之間的依賴信息， Metrics 有更多的可深度分析和挖掘的空間，所以未來必然是在 Metrics 上大做文章。
  再結合 Tracing 中的應用依賴來做更深度全局分析，即 Metrics 和 Tracing 兩者結合發揮出更多的可能性。

參考資料：

• CAT
  https://github.com/dianping/cat

• 深度剖析開源分佈式監控 CAT
  https://tech.meituan.com/2018/11/01/cat-in-depth-java-application-monitoring.html

來源：本文轉自公衆號 阿里巴巴中間件，點擊查看原文。

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