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name: instrument-distributed-tracing description: > 使用 OpenTelemetry 为应用程序插桩分布式追踪，包括自动和手动插桩、 上下文传播、采样策略及与 Jaeger 或 Tempo 的集成。适用于调试分布式系统中的延迟问题、 理解跨微服务的请求流、将追踪与日志和指标关联进行根因分析、 测量端到端延迟，或将遗留追踪系统迁移到 OpenTelemetry。 locale: zh-CN source_locale: en source_commit: 6f65f316 fence_basis_commit: 6f65f316 translator: claude-opus-4-6 translation_date: 2026-03-16 license: MIT allowed-tools: Read Write Edit Bash Grep Glob metadata: author: Philipp Thoss version: "1.0" domain: observability complexity: advanced language: multi tags: opentelemetry, tracing, jaeger, tempo, instrumentation

Instrument Distributed Tracing

实现 OpenTelemetry 分布式追踪，跨微服务追踪请求并识别性能瓶颈。

适用场景

• 调试多服务分布式系统中的延迟问题
• 理解微服务之间的请求流和依赖关系
• 识别事务中缓慢的数据库查询或外部 API 调用
• 将追踪与日志和指标关联进行根因分析
• 测量从用户请求到响应的端到端延迟
• 将遗留追踪系统（Zipkin、Jaeger）迁移到 OpenTelemetry
• 通过详细延迟百分位追踪建立 SLO 合规性

输入

• 必填：待插桩的服务列表（语言和框架）
• 必填：追踪后端选择（Jaeger、Tempo、Zipkin 或供应商 SaaS）
• 可选：现有插桩库（OpenTracing、Zipkin）
• 可选：采样策略需求（百分比、速率限制）
• 可选：业务特定元数据的自定义 span 属性

步骤

完整配置文件和模板请参阅 Extended Examples。

第 1 步：设置追踪后端

部署 Jaeger 或 Grafana Tempo 以接收和存储追踪数据。

选项 A：Jaeger all-in-one（开发/测试）：

# docker-compose.yml
version: '3.8'
services:
  jaeger:
    image: jaegertracing/all-in-one:1.51
    ports:
      - "5775:5775/udp"   # Zipkin compact thrift
      - "6831:6831/udp"   # Jaeger compact thrift
      - "6832:6832/udp"   # Jaeger binary thrift
      - "5778:5778"       # Serve configs
      - "16686:16686"     # Jaeger UI
      - "14268:14268"     # Jaeger HTTP thrift
      - "14250:14250"     # Jaeger GRPC
      - "9411:9411"       # Zipkin compatible endpoint
    environment:
      - COLLECTOR_ZIPKIN_HOST_PORT=:9411
      - COLLECTOR_OTLP_ENABLED=true
    restart: unless-stopped

选项 B：Grafana Tempo（生产环境，可扩展）：

# docker-compose.yml
version: '3.8'
services:
  tempo:
    image: grafana/tempo:2.3.0
    command: ["-config.file=/etc/tempo.yaml"]
    volumes:
      - ./tempo.yaml:/etc/tempo.yaml
      - tempo-data:/tmp/tempo
    ports:
      - "3200:3200"   # Tempo HTTP
      - "4317:4317"   # OTLP gRPC
      - "4318:4318"   # OTLP HTTP
      - "9411:9411"   # Zipkin
    restart: unless-stopped

volumes:
  tempo-data:

Tempo 配置（tempo.yaml）：

server:
  http_listen_port: 3200

distributor:
  receivers:
    jaeger:
# ... (see EXAMPLES.md for complete configuration)

生产环境使用 S3 存储：

storage:
  trace:
    backend: s3
    s3:
      bucket: tempo-traces
      endpoint: s3.amazonaws.com
      region: us-east-1
    wal:
      path: /tmp/tempo/wal
    pool:
      max_workers: 100
      queue_depth: 10000

预期结果： 追踪后端可访问，准备好通过 OTLP 接收追踪，Jaeger UI 或 Grafana 初始显示"no traces"。

失败处理：

• 验证端口未被占用：netstat -tulpn | grep -E '(4317|16686|3200)'
• 检查容器日志：docker logs jaeger 或 docker logs tempo
• 测试 OTLP 端点：curl http://localhost:4318/v1/traces -v
• 对于 Tempo：使用 tempo -config.file=/etc/tempo.yaml -verify-config 验证配置语法

第 2 步：为应用程序插桩（自动插桩）

使用 OpenTelemetry 自动插桩处理常见框架，最小化代码变更。

Python with Flask：

pip install opentelemetry-distro opentelemetry-exporter-otlp
opentelemetry-bootstrap -a install

# app.py
from flask import Flask
from opentelemetry import trace
from opentelemetry.sdk.trace import TracerProvider
from opentelemetry.sdk.trace.export import BatchSpanProcessor
from opentelemetry.exporter.otlp.proto.grpc.trace_exporter import OTLPSpanExporter
# ... (see EXAMPLES.md for complete configuration)

Go with Gin framework：

go get go.opentelemetry.io/otel
go get go.opentelemetry.io/otel/exporters/otlp/otlptrace/otlptracegrpc
go get go.opentelemetry.io/otel/sdk/trace
go get go.opentelemetry.io/contrib/instrumentation/github.com/gin-gonic/gin/otelgin

package main

import (
    "context"
    "github.com/gin-gonic/gin"
    "go.opentelemetry.io/otel"
# ... (see EXAMPLES.md for complete configuration)

Node.js with Express：

npm install @opentelemetry/api \
            @opentelemetry/sdk-node \
            @opentelemetry/auto-instrumentations-node \
            @opentelemetry/exporter-trace-otlp-grpc

// tracing.js
const { NodeSDK } = require('@opentelemetry/sdk-node');
const { OTLPTraceExporter } = require('@opentelemetry/exporter-trace-otlp-grpc');
const { getNodeAutoInstrumentations } = require('@opentelemetry/auto-instrumentations-node');
const { Resource } = require('@opentelemetry/resources');
const { SemanticResourceAttributes } = require('@opentelemetry/semantic-conventions');
# ... (see EXAMPLES.md for complete configuration)

预期结果： 来自已插桩服务的追踪出现在 Jaeger UI 或 Grafana 中，HTTP 请求自动创建 span。

失败处理：

• 检查 exporter 端点从应用程序可达
• 验证环境变量：OTEL_EXPORTER_OTLP_ENDPOINT=http://tempo:4317
• 启用调试日志：OTEL_LOG_LEVEL=debug（Python）、OTEL_LOG_LEVEL=DEBUG（Node.js）
• 用简单 span 测试：手动创建一个 span 验证导出管道
• 检查 OpenTelemetry 包之间的版本冲突

第 3 步：添加手动插桩

为业务逻辑、数据库查询和外部调用创建自定义 span。

Python 手动 span：

from opentelemetry import trace

tracer = trace.get_tracer(__name__)

def process_order(order_id):
    # Create a span for the entire operation
# ... (see EXAMPLES.md for complete configuration)

Go 手动 span：

import (
    "context"
    "go.opentelemetry.io/otel"
    "go.opentelemetry.io/otel/attribute"
    "go.opentelemetry.io/otel/codes"
    "go.opentelemetry.io/otel/trace"
# ... (see EXAMPLES.md for complete configuration)

Span 属性最佳实践：

• 使用语义约定：http.method、http.status_code、db.system、db.statement
• 添加业务上下文：user.id、order.id、product.category
• 包含资源标识符：instance.id、region、availability_zone
• 记录错误：span.RecordError(err) 和 span.SetStatus(codes.Error, message)
• 为重要里程碑添加事件：span.AddEvent("cache_miss")

预期结果： 自定义 span 出现在追踪视图中，父子关系正确，属性在 span 详情中可见，错误被高亮显示。

失败处理：

• 验证上下文传播：父 span 上下文传递给子 span
• 检查 span 名称是否具有描述性并遵循命名约定
• 确保 span 被结束（Go 中使用 defer span.End()，Python 中使用 with 块）
• 检查属性类型：仅支持字符串、整数、布尔值、浮点数
• 验证语义约定：在适用处使用标准属性名称

第 4 步：实现上下文传播

确保追踪上下文跨服务边界和异步操作流动。

HTTP 头传播（W3C Trace Context）：

# Client side (Python with requests)
import requests
from opentelemetry import trace
from opentelemetry.propagate import inject

tracer = trace.get_tracer(__name__)
# ... (see EXAMPLES.md for complete configuration)

// Server side (Go with Gin)
import (
    "go.opentelemetry.io/otel"
    "go.opentelemetry.io/otel/propagation"
)

# ... (see EXAMPLES.md for complete configuration)

消息队列传播（Kafka）：

# Producer
from opentelemetry.propagate import inject
from kafka import KafkaProducer

producer = KafkaProducer(bootstrap_servers=['kafka:9092'])

# ... (see EXAMPLES.md for complete configuration)

# Consumer
from opentelemetry.propagate import extract

def process_message(msg):
    # Extract trace context from Kafka headers
    headers = {k: v.decode('utf-8') for k, v in msg.headers}
    ctx = extract(headers)

    # Continue the trace
    with tracer.start_as_current_span("process_order_event", context=ctx):
        order_id = json.loads(msg.value)['order_id']
        handle_order(order_id)

异步操作（Python asyncio）：

import asyncio
from opentelemetry import trace, context

async def async_operation():
    # Capture current context
    token = context.attach(context.get_current())
    try:
        with tracer.start_as_current_span("async_database_query"):
            await asyncio.sleep(0.1)  # Simulated async work
            return "result"
    finally:
        context.detach(token)

预期结果： 追踪跨越多个服务，追踪 ID 跨服务边界保持一致，父子关系得以保留。

失败处理：

• 验证 W3C Trace Context 传播器已配置：otel.propagation.set_global_textmap(TraceContextTextMapPropagator())
• 检查 HTTP 请求中是否传递了头信息
• 对于 Kafka：确保 broker 版本支持头信息（v0.11+）
• 通过头信息检查调试：记录 traceparent 头信息值
• 使用追踪可视化识别断开的追踪链接

第 5 步：配置采样策略

实现采样以减少追踪量和成本，同时保持可见性。

采样策略：

from opentelemetry.sdk.trace import TracerProvider
from opentelemetry.sdk.trace.sampling import (
    ParentBased,
    TraceIdRatioBased,
    StaticSampler,
    Decision
# ... (see EXAMPLES.md for complete configuration)

使用 Tempo 的尾部采样：

在 tempo.yaml 中配置：

overrides:
  defaults:
    metrics_generator:
      processors: [service-graphs, span-metrics]
      storage:
        path: /tmp/tempo/generator/wal
        remote_write:
          - url: http://prometheus:9090/api/v1/write
            send_exemplars: true

    # Tail sampling (requires tempo-query)
    ingestion_rate_limit_bytes: 5000000
    ingestion_burst_size_bytes: 10000000

使用 Grafana Tempo 的 TraceQL 进行动态采样：

# Sample traces with errors
{ status = error }

# Sample slow traces (>1s)
{ duration > 1s }

# Sample specific services
{ resource.service.name = "checkout-service" }

预期结果： 追踪量减少到目标百分比，错误追踪始终被采样，采样决策在追踪元数据中可见。

失败处理：

• 验证采样器在追踪提供程序初始化前已应用
• 检查已导出 span 中的采样决策属性
• 对于尾部采样：确保足够的缓冲区（ingestion_burst_size_bytes）
• 监控丢弃的追踪：otel_traces_dropped_total 指标
• 使用合成高流量测试验证采样率

第 6 步：将追踪与指标和日志关联

将追踪链接到指标和日志，实现统一可观测性。

向日志添加追踪 ID（Python）：

import logging
from opentelemetry import trace

# Custom log formatter with trace context
class TraceFormatter(logging.Formatter):
    def format(self, record):
# ... (see EXAMPLES.md for complete configuration)

从追踪生成指标（Tempo）：

# tempo.yaml
metrics_generator:
  registry:
    external_labels:
      cluster: production
  storage:
# ... (see EXAMPLES.md for complete configuration)

这将生成 Prometheus 指标：

• traces_service_graph_request_total - 服务间请求计数
• traces_span_metrics_duration_seconds - span 持续时间直方图
• traces_spanmetrics_calls_total - span 调用计数

从指标查询追踪（Grafana）：

在 Grafana 中向 Prometheus 数据源添加 exemplar 支持：

datasources:
  - name: Prometheus
    type: prometheus
    url: http://prometheus:9090
    jsonData:
      exemplarTraceIdDestinations:
        - name: trace_id
          datasourceName: Tempo

在 Grafana 仪表板中启用 exemplar：

{
  "fieldConfig": {
    "defaults": {
      "custom": {
        "showExemplars": true
      }
    }
  }
}

预期结果： 点击指标 exemplar 打开追踪，日志显示追踪 ID，追踪链接到日志，实现跨信号的统一调试。

失败处理：

• 验证 Prometheus 中启用了 exemplar 支持（需要 v2.26+）
• 检查追踪 ID 格式匹配（32 位十六进制）
• 确保 Tempo 配置中启用了指标生成器
• 验证从 Tempo 到 remote write 端点可访问
• 测试 exemplar 查询：histogram_quantile(0.95, rate(http_request_duration_seconds_bucket[5m])) and on() exemplar

验证清单

• 追踪后端从所有已插桩服务接收 span
• 追踪跨服务显示正确的父子关系
• Span 属性包含语义约定和业务上下文
• 上下文在 HTTP 调用和消息队列间正确传播
• 采样策略将追踪量减少到目标百分比
• 错误追踪始终被采样（如使用错误感知采样）
• 追踪 ID 以正确格式出现在应用程序日志中
• Grafana 通过 exemplar 显示从指标链接的追踪
• 日志面板有到追踪查看器的数据链接
• 追踪保留与配置的存储策略匹配

常见问题

• 上下文未传播：忘记将 context 传递给下游调用会断开追踪。始终显式传递上下文。
• Span 从未结束：缺少 defer span.End()（Go）或 with 块（Python）导致 span 保持打开并产生内存泄漏。
• 过度插桩：为每个函数创建 span 导致追踪臃肿。专注于服务边界、数据库调用和外部 API。
• 缺少错误记录：不调用 span.RecordError() 会丢失宝贵的调试信息。始终在 span 中记录错误。
• 高基数属性：将无限制值（用户 ID、请求体）用作 span 属性会导致存储问题。使用采样或聚合标签。
• Span 类型错误：使用错误的 span 类型（CLIENT vs SERVER vs INTERNAL）会影响服务图生成。遵循语义约定。
• 采样前的上下文：采样决策必须遵守父追踪上下文。使用 ParentBased 采样器尊重上游采样。

相关技能

• correlate-observability-signals - 通过追踪 ID 链接指标、日志和追踪进行统一调试
• setup-prometheus-monitoring - 使用 Tempo 指标生成器从追踪生成指标
• configure-log-aggregation - 向日志添加追踪 ID 以与分布式追踪关联
• build-grafana-dashboards - 在仪表板中可视化追踪衍生指标和 exemplar 链接