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  • 在这一系列的调用中,可能有些是串行的,而有些是并行的。在这种情况下,我们如何才能确定这整个请求调用了哪些应用?哪些模块?哪些节点?以及它们的先后顺序和各部分的性能如何呢?这就是涉及到链路追踪。什么...

    在分布式系统,尤其是微服务系统中,一次外部请求往往需要内部多个模块,多个中间件,多台机器的相互调用才能完成。在这一系列的调用中,可能有些是串行的,而有些是并行的。在这种情况下,我们如何才能确定这整个请求调用了哪些应用?哪些模块?哪些节点?以及它们的先后顺序和各部分的性能如何呢?

    这就是涉及到链路追踪。

    什么是链路追踪?

    链路追踪是分布式系统下的一个概念,它的目的就是要解决上面所提出的问题,也就是将一次分布式请求还原成调用链路,将一次分布式请求的调用情况集中展示,比如,各个服务节点上的耗时、请求具体到达哪台机器上、每个服务节点的请求状态等等。

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    链路追踪的原理

    衡量一个接口,我们一般会看三个指标:

    1. 接口的 RT(Route-Target)你怎么知道?
    2. 接口是否有异常响应?
    3. 接口请求慢在哪里?

    1、单体架构时代

    在创业初期,我们的系统一般是单体架构,如下:

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    对于单体架构,我们可以使用 AOP(切面编程)来统计这三个指标,如下:

    cbde0621132b4a1a40ac131541490fe9.png

    使用 AOP(切面编程),对原本的逻辑代码侵入更少,我们只需要在调用具体的业务逻辑前后分别打印一下时间即可计算出整体的调用时间。另外,使用 AOP(切面编程)来捕获异常也可知道是哪里的调用导致的异常。

    2、微服务架构

    随着业务的快速发展,单体架构越来越不能满足需要,我们的系统慢慢会朝微服务架构发展,如下:

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    一个稍微复杂的微服务架构

    在微服务价格下,当有用户反馈某个页面很慢时,虽然我们知道这个请求可能的调用链是 A -----> C -----> B -----> D,但服务这么多,而且每个服务都有好几台机器,怎么知道问题具体出在哪个服务?哪台机器呢?

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    这也是微服务这种架构下的几个痛点:

    1. 排查问题难度大,周期长
    2. 特定场景难复现
    3. 系统性能瓶颈分析较难

    分布式调用链就是为了解决以上几个问题而生,它主要的作用如下:

    1. 自动采取数据
    2. 分析数据,产生完整调用链:有了请求的完整调用链,问题有很大概率可复现
    3. 数据可视化:每个组件的性能可视化,能帮助我们很好地定位系统的瓶颈,及时找出问题所在

    通过分布式追踪系统,我们能很好地定位请求的每条具体请求链路,从而轻易地实现请求链路追踪,进而定位和分析每个模块的性能瓶颈。

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    3、分布式调用链标准(OpenTracing)

    OpenTracing 是一个轻量级的标准化层,它位于应用程序/类库和追踪或日志分析程序之间。它的出现是为了解决不同的分布式追踪系统 API 不兼容的问题。

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    OpenTracing 通过提供与平台和厂商无关的 API,使得开发人员能够方便地添加追踪系统,就像单体架构下的AOP(切面编程)一样。

    说到这里,大家是否想过 Java 中类似的实现?还记得 JDBC 吧?JDBC 就是通过提供一套标准的接口让各个厂商去实现,程序员即可面对接口编程,不用关心具体的实现。这里的接口其实就是标准。所以,制定一套标准非常重要,可以实现组件的可插拔。

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    OpenTracing 的数据模型,主要有以下三个:

    • Trace:一个完整请求链路
    • Span:一次调用过程(需要有开始时间和结束时间)
    • SpanContext:Trace 的全局上下文信息,如里面有traceId

    为了让大家更好地理解这三个概念,我特意画了一张图:

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    如图所示,一次下单的完整请求就是一个 Trace。TraceId是这个请求的全局标识。内部的每一次调用就称为一个 Span,每个 Span 都要带上全局的 TraceId,这样才可把全局 TraceId 与每个调用关联起来。这个 TraceId 是通过 SpanContext 传输的,既然要传输,显然都要遵循协议来调用。如图所示,如果我们把传输协议比作车,把 SpanContext 比作货,把 Span 比作路应该会更好理解一些。

    理解了这三个概念,接下来我们就看看分布式追踪系统是如何采集图中的微服务调用链。

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    我们可以看到底层有一个 Collector 一直在默默无闻地收集数据,那么每一次调用 Collector 会收集哪些信息呢。

    1. 全局 trace_id:这是显然的,这样才能把每一个子调用与最初的请求关联起来
    2. span_id: 图中的 0,1,1.1,2,这样就能标识是哪一个调用
    3. parent_span_id:比如 b 调用 d 的 span_id 是 1.1,那么它的 parent_span_id 即为 a 调用 b 的 span_id 即 1,这样才能把两个紧邻的调用关联起来。

    有了这些信息,Collector 收集的每次调用的信息如下:

    8f0761e8943257acff807b33ee096979.png

    根据这些图表信息显然可以据此来画出调用链的可视化视图如下:

    a9ee5f552513994d2bb9ad457344dfa9.png

    于是一个完整的分布式追踪系统就实现了。

    以上实现看起来确实简单,但有以下几个问题需要我们仔细思考一下:

    1. 怎么自动采集 span 数据:自动采集,对业务代码无侵入
    2. 如何跨进程传递 context
    3. traceId 如何保证全局唯一
    4. 请求量这么多采集会不会影响性能

    接下来,我们来看看链路追踪系统 SkyWalking 是如何解决以上四个问题的。

    链路追踪系统SkyWalking的原理

    1、怎么自动采集 span 数据

    SkyWalking 采用了插件化 + javaagent 的形式来实现了 span 数据的自动采集,这样可以做到对代码的无侵入性。插件化意味着可插拔,扩展性好。如下图所示:

    1134f17efde6ab4c4fd3dedad7fdb782.png

    2、如何跨进程传递 context

    我们知道数据一般分为 header 和 body,就像 http 有 header 和 body,RocketMQ 也有 MessageHeader,Message Body。body 一般放着业务数据,所以不宜在 body 中传递 context,应该在 header 中传递 context,如图所示:

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    dubbo 中的 attachment 就相当于 header,所以我们把 context 放在 attachment 中,这样就解决了 context 的传递问题。

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    3、traceId 如何保证全局唯一

    要保证全局唯一 ,我们可以采用分布式或者本地生成的 ID。使用分布式的话,需要有一个发号器,每次请求都要先请求一下发号器,会有一次网络调用的开销。所以 SkyWalking 最终采用了本地生成 ID 的方式,它采用了大名鼎鼎的 snowflow 算法,性能很高。

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    snowflake 算法生成的 id

    不过 snowflake 算法有一个众所周知的问题:时间回拨,这个问题可能会导致生成的 id 重复。那么 SkyWalking 是如何解决时间回拨问题的呢。

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    每生成一个 id,都会记录一下生成 id 的时间(lastTimestamp),如果发现当前时间比上一次生成 id 的时间(lastTimestamp)还小,那说明发生了时间回拨,此时会生成一个随机数来作为 traceId。这里可能就有同学要较真了,可能会觉得生成的这个随机数也会和已生成的全局 id 重复,是否再加一层校验会好点。

    这里要说一下系统设计上的方案取舍问题了,首先如果针对产生的这个随机数作唯一性校验无疑会多一层调用,会有一定的性能损耗,但其实时间回拨发生的概率很小(发生之后由于机器时间紊乱,业务会受到很大影响,所以机器时间的调整必然要慎之又慎),再加上生成的随机数重合的概率也很小,综合考虑这里确实没有必要再加一层全局唯一性校验。对于技术方案的选型,一定要避免过度设计,过犹不及。

    4、请求量这么多,全部采集会不会影响性能?

    如果对每个请求调用都采集,那毫无疑问数据量会非常大,但反过来想一下,是否真的有必要对每个请求都采集呢?其实没有必要,我们可以设置采样频率,只采样部分数据,SkyWalking 默认设置了 3 秒采样 3 次,其余请求不采样,如图所示:

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    这样的采样频率其实足够我们分析组件的性能了,按 3 秒采样 3 次,这样的频率来采样数据会有啥问题呢。理想情况下,每个服务调用都在同一个时间点,这样的话每次都在同一时间点采样确实没问题。如下图所示:

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    但在生产上,每次服务调用基本不可能都在同一时间点调用,因为期间有网络调用延时等,实际调用情况很可能是下图这样:

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    这样的话就会导致某些调用在服务 A 上被采样了,在服务 B,C 上不被采样,也就没法分析调用链的性能。

    那么 SkyWalking 是如何解决的呢?

    它是这样解决的:如果上游有携带 Context 过来(说明上游采样了),则下游将强制采集数据,这样可以保证链路完整。

    SkyWalking 的基础架构

    SkyWalking 的基础如下架构,可以说几乎所有的的分布式调用都是由以下几个组件组成的。

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    首先当然是节点数据的定时采样,采样后将数据定时上报,将其存储到 ES, MySQL 等持久化层,有了数据自然而然可根据数据做可视化分析。

    SkyWalking 的性能如何

    如下是官方的测评数据:

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    图中蓝色代表未使用 SkyWalking 的表现,橙色代表使用了 SkyWalking 的表现,以上是在 TPS 为 5000 的情况下测出的数据,可以看出,不论是 CPU,内存,还是响应时间,使用 SkyWalking 带来的性能损耗几乎可以忽略不计。

    接下来我们再来看 SkyWalking 与另一款业界比较知名的分布式追踪工具 Zipkin、Pinpoint 的对比(在采样率为 1 秒 1 个,线程数 500,请求总数为 5000 的情况下做的对比)。

    可以看到在关键的响应时间上, Zipkin(117ms),PinPoint(201ms)远逊于 SkyWalking(22ms)!从性能损耗这个指标上看,SkyWalking 完胜!

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    再看下另一个指标:对代码的侵入性如何。

    ZipKin 是需要在应用程序中埋点的,对代码的侵入强,而 SkyWalking 采用 javaagent + 插件化这种修改字节码的方式可以做到对代码无任何侵入。除了性能和对代码的侵入性上 SkyWaking 表现不错外,它还有以下优势几个优势:

    • 对多语言的支持,组件丰富:目前其支持 Java、 .Net Core、PHP、NodeJS、Golang、LUA 语言,组件上也支持dubbo, mysql 等常见组件,大部分能满足我们的需求。
    • 扩展性:对于不满足的插件,我们按照 SkyWalking 的规则手动写一个即可,新实现的插件对代码无入侵。

    以上虽然主要以SkyWalking为例来介绍链路追踪系统,但是并不是说其他链路追踪系统一点不适用。具体选择什么样的,大家可按实际场景灵活选择。

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  • xgboost并行计算

    2020-05-21 11:15:31
    xgboost怎么可以实现并行的? xgboost的并行不是tree粒度的并行,xgboost也一次迭代完才能进行下一次迭代的(第t次迭代的代价函数里包含了前面t-1次迭代的预测值)。xgboost的并行是在特征粒度上的。我们知道,...

    boosting不是一种串行的结构吗?xgboost怎么可以实现并行的?
    xgboost的并行不是tree粒度的并行,xgboost也是一次迭代完才能进行下一次迭代的(第t次迭代的代价函数里包含了前面t-1次迭代的预测值)。

    xgboost的并行是在特征粒度上的。我们知道,决策树的学习最耗时的一个步骤就是对特征的值进行排序(因为要确定最佳分割点),xgboost在训练之前,预先对数据进行了排序,然后保存为block结构,后面的迭代中重复地使用这个结构,大大减小计算量。这个block结构也使得并行成为了可能,在进行节点的分裂时,需要计算每个特征的增益,最终选增益最大的那个特征去做分裂,那么各个特征的增益计算就可以开多线程进行。

    可并行的近似直方图算法。树节点在进行分裂时,我们需要计算每个特征的每个分割点对应的增益,即用贪心法枚举所有可能的分割点。当数据无法一次载入内存或者在分布式情况下,贪心算法效率就会变得很低,所以xgboost还提出了一种可并行的近似直方图算法,用于高效地生成候选的分割点。

    这种近似直方图算法和LightGBM的直方图Histogram算法有什么区别呢?
    LightGBM里默认的训练决策树时使用直方图算法,XGBoost里默认的方法是对特征预排序,直方图算法是一种牺牲了一定的切分准确性而换取训练速度以及节省内存空间消耗的算法

    参考链接:https://www.zhihu.com/question/41354392

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  • 主要研究的对象ksw_extend2函数,它一个单线程、非完全匹配的sequence alignment算法,该算法基于动态规划的逻辑,进行数据匹配,由于数据间存在大量相关性,所以不方便并行实现串行实现有十分耗时,我们的...

    ksw算法小结

    研究了这么久bwa-mem算法,也不只一次啃了ksw这块硬骨头,之前没有好好总结,今天来小结一下函数的输入输出。
    主要研究的对象是ksw_extend2函数,它是一个单线程、非完全匹配的sequence alignment算法,该算法基于动态规划的逻辑,进行数据匹配,由于数据间存在大量相关性,所以不方便并行实现,串行实现有十分耗时,我们的工作就是,把这一块从原工程中拎出来,并改写成GPU加速版本。

    下面分析函数的输入输出,把英语的注释翻译成了中文。

    ksw_extend2

       @param qlen    query length		待匹配段碱基的query长度
     * @param query   query sequence with 0 <= query[i] < m    //query的指针		
     * @param tlen    target length                               //reference长度
     * @param target  target sequence with 0 <= target[i] < m          //reference数据的指针
     * @param m       number of residue types                           // 碱基种类=5
     * @param mat     m*m scoring mattrix in one-dimension array      //每个位置的query和target的匹配得分
     * @param gapo    gap open penalty; a gap of length l cost "-(gapo+l*gape)"  //错配开始的惩罚系数=6
     * @param gape    gap extension penalty       						//错配继续的惩罚系数=1
     * @param w       band width					//提前剪枝系数,w =100   匹配位置和beg的最大距离
     * @param         end_bonus                                             end_bonus=5
     * @param         zdrop 							 zdrop=100
     * @param h0      alignment score of upstream sequences   //该seed的初始得分(完全匹配query的碱基数)
     * @param _qle    (out) length of the query in the alignment     //匹配得到全局最大得分的碱基在query的位置
     * @param _tle    (out) length of the target in the alignment   //匹配得到全局最大得分的碱基在reference的位置
     * @param _gtle   (out) length of the target if query is fully aligned	//query全部匹配上的target的长度
     * @param _gscore (out) score of the best end-to-end alignment;    //query的端到端匹配得分
     * @param _gscore (out) max_off  								//取得最大得分时在query和reference上位置差的 最大值
     
     * @return        best semi-local alignment score
    

    int ksw_extend2(int qlen, const uint8_t *query, int tlen, const uint8_t *target, int m, const int8_t *mat,int o_del, int e_del, int o_ins, int e_ins, int w, int end_bonus, int zdrop, int h0, int *qle, int *tle, int *gtle, int *gscore, int *max_off);

    其中绿色的四个参数对应上面的gapo和gape两个参数

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  • VC串口通信简介及代码实现

    千次阅读 2012-03-07 15:30:13
    串口通信把CPU的并行数据字符转换成串行数据流发送出去,同时也可以从其他串行设备 接受数据供CPU或者程序处理。 串口按位发送和接受字节。虽然按字节并行通信慢,但是它很简单并且可以实现远距离通信。 串口...
     
    

    串口通信是把CPU的并行数据字符转换成串行数据流发送出去,同时也可以从其他串行设备
    接受数据供CPU或者程序处理。
    串口按位发送和接受字节。虽然按字节并行通信慢,但是它很简单并且可以实现远距离通信。
    串口通信是异步的,端口能够在一根线上发送同时在另一根线上接受,
    串口通信的参数包含有波特率,数据位,停止位和奇偶校验。
    现在就说说怎么用VC实现串口通信:
    一,打开串口设备,涉及的主要有CreateFile,GetCommState,BuildCommDCB,SetCommState等WINDOWS API函数
    代码为(其中m_hComm为成员变量):
    //pCom类似'COM3'的字符串。
    //pDefPara是串口通信参数
    int ComDev::OpenDevice(const char *pCom, const char *pDefPara)

            char szMode[200] = {0};
        
            if (strnicmp(pCom, "COM", 3) != 0)
           {
                   return -1;//参数错误
           }
     
             int nPort = atoi(pCom+3);
     
             if (nPort <= 0 || nPort > 255)
              {
                    return -2 //端口号不合理
              }
     
               if (m_hCom != INVALID_HANDLE_VALUE)
              {
                          return -3; //设备句柄已经存在
              }      
     
              //构建通信设置,类似于"COM3: baud=9600 parity=N data=8 stop=1"
              sprintf(szMode, "%s: %s",pCom , pDefPara);
     
              char szPath[MAX_PATH + 1];
              sprintf(szPath, "\\\\.\\COM%d", nPort);
               m_hCom = CreateFile(szPath,      //文件名
             GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,//读写
             0,        //共享模式
            NULL,       //安全
            OPEN_EXISTING,     //如何创建
            FILE_FLAG_OVERLAPPED, //文件属性
            NULL);       //拷贝属性的文件句柄
           if (m_hCom == INVALID_HANDLE_VALUE)
          {
                  return -4; //找不到设备
          }
     
            DCB dcb;
             ZeroMemory(&dcb, sizeof(dcb));
             dcb.DCBlength = sizeof(dcb);
             //获取控制设备的当前参数设置
             BOOL bRet = GetCommState(m_hComm, &dcb);
            if (!bRet)
            { 
                   closehandle(m_hCom);
                    m_hComm = INVALID_HANDLE_VALUE;
                   return -5; //获取通信状态失败
             }
          
           //修改当前控制设备参数为szMode里的内容
             bRet = BuildCommDCB(szMode, &dcb);
              if (!bRet)
             {
                   closehandle(m_hCom)
                   m_hComm = INVALID_HANDLE_VALUE;
                   return -6
              }
          
           //设置当前通信控制模块。
              bRet = SetCommState(m_hComm, &dcb);
             if (!bRet)
              {
                    closehandle(m_hCom)
                    m_hComm = INVALID_HANDLE_VALUE;
                    return -7
             }

             return 0;
    }

     

    二,发送数据
    //pStr-----数据内容,
    //dwLen----数据长度
    //dwTimeout---发送超时时间
    int CComDe::Send(const char *pStr, DWORD dwLen, DWORD dwTimeout)
    {
      
       if (dwLen==0)
       {
          return 0;
       }
      
       if (dwlen < 0)
       {
          dwLen = strlen(pStr);
       }
      
       COMMTIMEOUTS CommTimeouts;

       if(!GetCommTimeouts(m_hComm,&CommTimeouts))
       {
     return -1;
       }
      
       CommTimeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier= 0;
       CommTimeouts.WriteTotalTimeoutConstant = dwTotalTimeout;
       if(!SetCommTimeouts(m_hComm,&CommTimeouts))
       {
           return -2;
       }
      
       HANDLE hFile =  createEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
       OVERLAPPED Overlap;
       ZeroMemory(&Overlap, sizeof(Overlap));
       Overlap.hEvent = hFile;
      
       DWORD dwRet;
       BOOL bRet = WriteFile(m_hComm, pStr, dwLen, &dwRet, &Overlap);
       if (!bRet)
       {
     dwRet = GetLastError();
     if (dwRet != ERROR_IO_PENDING)
     {
         return -3;
     }

     dwRet = 0;
     bRet = GetOverlappedResult(m_hCom, &Overlap, &dwRet, TRUE);
     if (!bRet)
     {
         return -4;
     }
       }
      
       if (dwRet < dwLen)
       {
     return -4;
       }

    }

    三,接受数据
    int CComDev::Read(char *pBuf, DWORD dwLen,
               DWORD dwTimeout, DWORD dwIntervalTimeout)
    {

       if (dwLen == 0)
          return 0;

       int nRet = 0;

       COMMTIMEOUTS CommTimeouts;

       if(!GetCommTimeouts(m_hComm,&CommTimeouts))
       {
            return -1;
       }
      
       CommTimeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier= 0;
       CommTimeouts.WriteTotalTimeoutConstant = dwTotalTimeout;
       if(!SetCommTimeouts(m_hComm,&CommTimeouts))
       {
           return -2;
       }

     //读串口
       HANDLE hFile =  createEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
       OVERLAPPED Overlap;
       ZeroMemory(&Overlap, sizeof(Overlap));
       Overlap.hEvent = hFile;
       DWORD dwRet = 0;
       BOOL bRet = ReadFile(m_hComm, pBuf, dwLen, &dwRet, &Overlap);
       if (!bRet)
       {
             dwRet = GetLastError();
           if (dwRet != ERROR_IO_PENDING)
         {
               return -1;
         }

           dwRet = 0;
           bRet = GetOverlappedResult(m_hComm, &Overlap, &dwRet, TRUE);
           if (!bRet && GetLastError() != ERROR_OPERATION_ABORTED)
          {       
                return -1;
           }
        }

        return dwRet;
    }

    四,刷新端口
    void CComDev::flushport(int flag)
    {
        char buf[100];
        DWORD dwError;
        COMSTAT stComStat;
     
     DWORD dwFlags = PURGE_TXABORT | PURGE_RXABORT;
     switch (Flag)
     {
     case 1:
      dwFlags |= PURGE_RXCLEAR;//终止读操作并且清除输入缓冲区
      break;
     case 2:
      dwFlags |= PURGE_TXCLEAR;//终止写操作并且清除输出缓冲区
      break;
     case 3:
      dwFlags |= PURGE_RXCLEAR | PURGE_TXCLEAR;
      break;
     default:
             break;
     }
     
     PurgeComm(m_hComm, dwFlags);
     ClearCommError(m_hComm, &dwError, &stComStat);
    }


    以上代码只是基本的内容,不够简明,根据具体项目有很大的改进空间,至少还得有个
    日志模块去记录,这个读者自己去实现和编排了。

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空空如也

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串行数据并行数据是怎么实现的