Kindling 之 Dubbo2 协议开发流程
云原生实验室
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· 2022-06-13
1 项目概览
Kindling collector 项目作为 Go 端分析器，使用类似 opentelmetry 的 pinpeline 进行数据分析。其中涉及 5 个组件：
UdsReceiver - Unix Domain Socket 接收器，接收探针事件并传递给后续的网络分析器。 NetworkAnalyzer - 网络事件分析器，将接收的 Read / Write 事件匹配成单次请求后，根据协议解析请求内容生成关键指标，传递给后续的分析器。 K8sMetadataProcessor - K8S 指标处理器，补充 K8S 指标并传递给后续的聚合处理器 AggregateProcessor - 数据聚合处理器，将接收的指标数据生成 Trace 和 Metric，传递给给后续的转发器。 OtelExporter - Opentelmetry 转发器，将 Trace / Metric 数据转发给 Prometheus 进行展示。
其中协议解析流程主要在 NetworkAnalyzer 组件中进行，将接收的请求 / 响应事件成对匹配后，交由 parseProtocols() 函数解析出协议指标。
1.1 协议解析流程
NetworkAnnalyzer.parseProtocols() 方法定义了整体解析流程，根据协议解析器分别解析请求和响应，当最终都成功时输出指标。
1.2 协议解析设计思路
正常的协议解析只负责逐帧解析指标功能。
现已支持 5 种协议解析，当协议越来越多时，遍历引起的解析会越来越耗时，那么需引入 fastfail 快速识别协议
对于复杂的多报文协议，如 Kafka 有不同的 API 报文，而相同 API 也有不同的版本报文。将所有报文解析逻辑都写在一起会使整个类过于臃肿且不易维护。为此引入树形多报文结构用于快速且低耦合地实现开发。
1.2.1 报文解析结构体
在树形报文解析过程中，有如下 2 个场景需要考虑
当父协议解析了指标 A，子协议解析可能会用到 A 指标，那么父子协议解析的指标需要透传。 父协议已解析了部分报文长度的内容，那么子协议在开始解析时可直接跳过相应长度的内容进行解析，此处引入偏移量用于下一个协议跳过解析。
定义 PayloadMessage，封装报文内容、读取偏移量和指标存储的 Map。
type PayloadMessage struct {
Data []byte
Offset int
attributeMap *model.AttributeMap
}
1.2.2 报文解析 API
由于引入协议树，协议解析过程 parse() (ok bool) 将不再适用。协议树中的个协议的解析成功不表示整个协议解析成功，需解析整颗树的协议是否成功，将 API 扩展为 parse() (ok bool, complete bool)。
对于单层协议 (HTTP)，返回为 (ok, true)
基于以上几点需求，设计树形结构的报文解析器 PkgParser。PkgParser 定义了 fastFail(快速识别失败) 和 parser(解析单个报文) 函数；每个协议只需注册自身的 PkgParser 即可接入整套流程。
fastFail(message *PayloadMessage) (fail bool)
- 声明协议是否识别失败，用于快速识别协议parser(message *PayloadMessage) (ok bool, complete bool)
- 解析协议，将解析出的指标存储到 message 的 Attributes 中
- 返回是 2 个参数：
- 是否解析成功
- 是否解析完成 (默认为 true，当为 false 主要是用于嵌套解析过程，例如先定义一个头解析，再定义不同的消息体解析)。1.3 请求 / 响应解析
ProtocolParser 定义了请求和响应的解析器，并提供 ParseRequest() 和 ParseResponse() API 用于解析请求和响应。其中 response 的 message 携带了 request 解析出的 attributes 指标，用于匹配。eg. kafka 的 correlationId request 和 response 报文需一致，且 response 报文解析用到了 request 的 key。
2 开发流程
2.1 添加协议名
const (
HTTP = "http"
...
XX = "xx" // 此处替换具体协议名
...
)
2.2 创建协议
analyzer/network/protocol 目录下创建文件夹 xx，xx 替换为具体协议，并创建 3 个文件 xx_parser.go、xx_request.go 和 xx_response.go
analyzer/network/protocol/xx
├── xx_parser.go 协议解析器
├── xx_request.go 实现请求解析流程
└── xx_response.go 实现响应解析流程
2.2.1 xx_request.go
实现 fastfail() 和 parser() 函数
func fastfailXXRequest() protocol.FastFailFn {
return func(message *protocol.PayloadMessage) bool {
// 根据报文实现具体的fastFail()函数
return false
}
}
func parseXXRequest() protocol.ParsePkgFn {
return func(message *protocol.PayloadMessage) (bool, bool) {
// 解析报文内容
contentKey := getContentKey(message.Data)
if contentKey == "" {
// 第一个参数false 表示解析失败，第二个参数表示报文解析完成
return false, true
}
// 通过AddStringAttribute() 或 AttIntAttribute() 存储解析出的属性
message.AddStringAttribute(constlabels.ContentKey, contentKey)
// 解析成功
return true, true
}
}
2.2.2 xx_response.go
实现 fastfail() 和 parser() 函数
func fastfailXXResponse() protocol.FastFailFn {
return func(message *protocol.PayloadMessage) bool {
// 根据报文实现具体的fastFail()函数
return false
}
}
func parseXXResponse() protocol.ParsePkgFn {
return func(message *protocol.PayloadMessage) (bool, bool) {
// 通过GetStringAttribute() 或 GetIntAttribute() 读取request解析后的参数
contentKey := message.GetStringAttribute(constlabels.ContentKey)
// 解析响应报文
errorCode := getErrorCode(message)
if errorCode > 20 {
// 有errorCode或errorMsg等常见，需定义IsError为true用于后续processor生成Metric
message.AddBoolAttribute(constlabels.IsError, true)
message.AddIntAttribute(constlabels.ErrorType, int64(constlabels.ProtocolError))
}
message.AddStringAttribute(constlabels.XXErrorCode, errorCode)
// 解析成功
return true, true
}
}
2.2.3 xx_parser.go
定义协议解析器
func NewXXParser() *protocol.ProtocolParser {
requestParser := protocol.CreatePkgParser(fastfailXXRequest(), parseXXRequest())
// 当存在嵌套的协议解析 eg. 解析头 + 解析各类不同报文
// 可通过 Add()添加子协议，生成一颗协议树解析，顶部是公共部分解析，分叉是各个不同报文解析
// Header
// / | \
// API1 API2 API3
// /|\
// v1 v2 v3
responseParser := protocol.CreatePkgParser(fastfailXXResponse(), parseXXResponse())
return protocol.NewProtocolParser(protocol.XX, requestParser, responseParser, nil)
}
2.2.4 factory.go
注册协议解析器
var (
...
xx_parser *protocol.ProtocolParser = xx.NewXXParser()
)
func GetParser(key string) *protocol.ProtocolParser {
switch key {
...
case protocol.XX:
return xx_parser
...
default:
return nil
}
}
2.2.5 kindling-collector-config.yml
配置新增协议
analyzers:
networkanalyzer:
protocol_parser: [ http, mysql, dns, redis, kafka, xx ]
3 开发案例 - Dubbo2 协议
3.1 dubbo2 协议分析
根据官网提供的协议规范，解析网络抓包的数据。
前 2 个 byte 为魔数，可用于 fastfail() 方法 第 3 个 byte 包含 Req/Resp、序列化方式等信息，可用于解析协议中判断是否合法报文。 第 4 个 byte 用于返回报文的错误码 第 16 个 byte 开始需通过指定的序列化方式解析报文内容，service name + method name 可用于 contentKey 标识该请求的 URL
3.2 声明协议名
const (
...
DUBBO2 = "dubbo2"
...
)
3.3 实现 dubbo2 解析
创建协议相关文件
kindling/collector/analyzer/network/protocol/dubbo2
├── dubbo2_parser.go Dubbo2解析器
├── dubbo2_request.go 实现请求解析流程
├── dubbo2_response.go 实现响应解析流程
└── dubbo2_serialize.go Dubbo2反序列化器
3.3.1 dubbo2_request.go
声明 request 请求的 fastFail 函数
dubbo2 有魔数 0xdabb 可快速识别
func fastfailDubbo2Request() protocol.FastFailFn {
return func(message *protocol.PayloadMessage) bool {
return len(message.Data) < 16 || message.Data[0] != MagicHigh || message.Data[1] != MagicLow
}
}
声明 request 请求的解析函数
将解析出 服务 / 方法作为 类似于 URL 的 Key 存储报文内容
func parseDubbo2Request() protocol.ParsePkgFn {
return func(message *protocol.PayloadMessage) (bool, bool) {
contentKey := getContentKey(message.Data)
if contentKey == "" {
return false, true
}
message.AddStringAttribute(constlabels.ContentKey, contentKey)
message.AddStringAttribute(constlabels.Dubbo2RequestPayload, getAsciiString(message.GetData(16, protocol.GetDubbo2PayLoadLength())))
return true, true
}
}
解析 Dubbo2 请求
过滤非法请求 考虑到 dubbo2 存在单向和心跳请求，这些请求不做解析 根据报文结构解析相应指标
func getContentKey(requestData []byte) string {
serialID := requestData[2] & SerialMask
if serialID == Zero {
return ""
}
if (requestData[2] & FlagEvent) != Zero {
return "Heartbeat"
}
if (requestData[2] & FlagRequest) == Zero {
// Invalid Data
return ""
}
if (requestData[2] & FlagTwoWay) == Zero {
// Ignore Oneway Data
return "Oneway"
}
serializer := GetSerializer(serialID)
if serializer == serialUnsupport {
// Unsupport Serial. only support hessian and fastjson.
return "UnSupportSerialFormat"
}
var (
service string
method string
)
// version
offset := serializer.eatString(requestData, 16)
// service name
offset, service = serializer.getStringValue(requestData, offset)
// service version
offset = serializer.eatString(requestData, offset)
// method name
_, method = serializer.getStringValue(requestData, offset)
return service + "#" + method
}
3.3.2 dubbo2_serialize.go
由于 dubbo2 内置了多套序列化方式，先定义接口 dubbo2Serializer
type dubbo2Serializer interface {
eatString(data []byte, offset int) int
getStringValue(data []byte, offset int) (int, string)
}
dubbo2 默认的序列化方式是 hessian2，此处实现 hessian2 方式
type dubbo2Hessian struct{}
func (dh *dubbo2Hessian) eatString(data []byte, offset int) int {
dataLength := len(data)
if offset >= dataLength {
return dataLength
}
tag := data[offset]
if tag >= 0x30 && tag <= 0x33 {
if offset+1 == dataLength {
return dataLength
}
// [x30-x34] <utf8-data>
return offset + 2 + int(tag-0x30)<<8 + int(data[offset+1])
} else {
return offset + 1 + int(tag)
}
}
func (dh *dubbo2Hessian) getStringValue(data []byte, offset int) (int, string) {
dataLength := len(data)
if offset >= dataLength {
return dataLength, ""
}
var stringValueLength int
tag := data[offset]
if tag >= 0x30 && tag <= 0x33 {
if offset+1 == dataLength {
return dataLength, ""
}
// [x30-x34] <utf8-data>
stringValueLength = int(tag-0x30)<<8 + int(data[offset+1])
offset += 2
} else {
stringValueLength = int(tag)
offset += 1
}
if offset+stringValueLength >= len(data) {
return dataLength, string(data[offset:])
}
return offset + stringValueLength, string(data[offset : offset+stringValueLength])
}
对外暴露公共方法，用于获取序列化方式
var (
serialHessian2 = &dubbo2Hessian{}
serialUnsupport = &dubbo2Unsupport{}
)
func GetSerializer(serialID byte) dubbo2Serializer {
switch serialID {
case SerialHessian2:
return serialHessian2
default:
return serialUnsupport
}
}
3.3.3 dubbo2_response.go
声明 response 响应的 fastFail 函数
与 request 类似，采用魔数 0xdabb 可快速识别
func fastfailDubbo2Response() protocol.FastFailFn {
return func(message *protocol.PayloadMessage) bool {
return len(message.Data) < 16 || message.Data[0] != MagicHigh || message.Data[1] != MagicLow
}
}
声明 response 响应的解析函数
根据 status 解析出对应的 errorCode 存储报文内容
func parseDubbo2Response() protocol.ParsePkgFn {
return func(message *protocol.PayloadMessage) (bool, bool) {
errorCode := getErrorCode(message.Data)
if errorCode == -1 {
return false, true
}
message.AddIntAttribute(constlabels.Dubbo2ErrorCode, errorCode)
if errorCode > 20 {
// 有errorCode或errorMsg等常见，需定义IsError为true用于后续processor生成Metric
message.AddBoolAttribute(constlabels.IsError, true)
message.AddIntAttribute(constlabels.ErrorType, int64(constlabels.ProtocolError))
}
message.AddStringAttribute(constlabels.Dubbo2ResponsePayload, getAsciiString(message.GetData(16, protocol.GetDubbo2PayLoadLength())))
return true, true
}
}
解析 Dubbo2 响应
过滤非法响应 根据报文结构解析相应指标
func getErrorCode(responseData []byte) int64 {
SerialID := responseData[2] & SerialMask
if SerialID == Zero {
return -1
}
if (responseData[2] & FlagEvent) != Zero {
return 20
}
if (responseData[2] & FlagRequest) != Zero {
// Invalid Data
return -1
}
return int64(responseData[3])
}
3.3.4 dubbo2_parser.go
声明 dubbo2 解析器
通过 CreatePkgParser() 分别定义 Reques / Response 解析器 通过 NewProtocolParser() 将 Request / Response 解析器生成 Dubbo2 解析器
func NewDubbo2Parser() *protocol.ProtocolParser {
requestParser := protocol.CreatePkgParser(fastfailDubbo2Request(), parseDubbo2Request())
responseParser := protocol.CreatePkgParser(fastfailDubbo2Response(), parseDubbo2Response())
return protocol.NewProtocolParser(protocol.DUBBO2, requestParser, responseParser, nil)
}
3.4 注册 dubbo2 解析器
在 factory.go 中注册 dubbo2 协议的解析器
var (
...
dubbo2_parser *protocol.ProtocolParser = dubbo2.NewDubbo2Parser()
)
func GetParser(key string) *protocol.ProtocolParser {
switch key {
...
case protocol.DUBBO2:
return dubbo2_parser
...
default:
return nil
}
}
3.5 声明支持协议
在 deploy/kindling-collector-config.yml 中声明 dubbo2 协议
analyzers:
networkanalyzer:
protocol_parser: [ http, mysql, dns, redis, kafka, dubbo2 ]
protocol_config:
- key: "dubbo2"
payload_length: 200
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