beyla源码简单分析

背景

beyla是一个基于ebpf的http/https服务的自动instrumentation的工具

这边源码分析以go的net/http.RoundTrip举例

源码

ringbuffer writer->ringbuff reader/span writer->span reader/trace reporter/metric reporter

ringbuffer writer

events的ringbuffer
bpf/ringbuf.h

struct {
    __uint(type, BPF_MAP_TYPE_RINGBUF);
    __uint(max_entries, 1 << 24);
} events SEC(".maps");

写入ringbuffer
bpf/go_nethttp.c中

请求的bpf map
struct {
    __uint(type, BPF_MAP_TYPE_HASH);
    __type(key, void *); // key: pointer to the request goroutine
    __type(value, http_func_invocation_t);
    __uint(max_entries, MAX_CONCURRENT_REQUESTS);
} ongoing_http_client_requests SEC(".maps");



roundtrip开始
SEC("uprobe/roundTrip")
int uprobe_roundTrip(struct pt_regs *ctx) {
...
读取goroutine地址
    void *goroutine_addr = GOROUTINE_PTR(ctx);
...
读取参数
    void *req = GO_PARAM2(ctx);
...
记录请求开始时间参数等
    http_func_invocation_t invocation = {
        .start_monotime_ns = bpf_ktime_get_ns(),
        .req_ptr = (u64)req,
        .tp = {0}
    };
...
写入请求相关信息到bpf map
    if (bpf_map_update_elem(&ongoing_http_client_requests, &goroutine_addr, &invocation, BPF_ANY)) {
        bpf_dbg_printk("can't update http client map element");
    }
...
    return 0;
}

SEC("uprobe/roundTrip_return")
int uprobe_roundTripReturn(struct pt_regs *ctx) {
...
    void *goroutine_addr = GOROUTINE_PTR(ctx);
...
从bpf map中读取请求相关信息
    http_func_invocation_t *invocation =
        bpf_map_lookup_elem(&ongoing_http_client_requests, &goroutine_addr);
...
ringbuffer预留http_request_trace
    http_request_trace *trace = bpf_ringbuf_reserve(&events, sizeof(http_request_trace), 0);
...
    trace->tp = invocation->tp;
...
    写入http_request_trace到ringbuffer
    bpf_ringbuf_submit(trace, get_flags());
...
}

ringbuffer reader/span writer

运行tracer
pkg/internal/ebpf/nethttp/nethttp.go中

运行tracer
func (p *Tracer) Run(ctx context.Context, eventsChan chan<- []request.Span, service svc.ID) {
    ebpfcommon.ForwardRingbuf[ebpfcommon.HTTPRequestTrace](
        service,
        p.cfg, p.log, p.bpfObjects.Events,
        ebpfcommon.ReadHTTPRequestTraceAsSpan,
        p.pidsFilter.Filter,
        p.metrics,
        append(p.closers, &p.bpfObjects)...,
    )(ctx, eventsChan)
}

读取ringbuffer转发
pkg/internal/ebpf/common/ringbuf.go中

reader工厂方法
var readerFactory = func(rb *ebpf.Map) (ringBufReader, error) {
    return ringbuf.NewReader(rb)
}

转发ringbuffer
func ForwardRingbuf[T any](
    service svc.ID,
    cfg *TracerConfig,
    logger *slog.Logger,
    ringbuffer *ebpf.Map,
    reader func(*ringbuf.Record) (request.Span, bool, error),
    filter func([]request.Span) []request.Span,
    metrics imetrics.Reporter,
    closers ...io.Closer,
) func(context.Context, chan<- []request.Span) {
    rbf := ringBufForwarder[T]{
        service: service, cfg: cfg, logger: logger, ringbuffer: ringbuffer,
        closers: closers, reader: reader, filter: filter, metrics: metrics,
    }
    return rbf.readAndForward
}

读取并转发
func (rbf *ringBufForwarder[T]) readAndForward(ctx context.Context, spansChan chan<- []request.Span) {
...
    for {
        读取events
...
处理并转发ringbuffer.Record
        rbf.processAndForward(record, spansChan)
...
        record, err = eventsReader.Read()
    }

}

func (rbf *ringBufForwarder[T]) processAndForward(record ringbuf.Record, spansChan chan<- []request.Span) {
...
ringbuffer.Record转换成request.Span
    s, ignore, err := rbf.reader(&record)
...
flush request.Span
        rbf.flushEvents(spansChan)
...
}


func (rbf *ringBufForwarder[T]) flushEvents(spansChan chan<- []request.Span) {
...
发送指标
    rbf.metrics.TracerFlush(rbf.spansLen)
...
过滤后发送给request.Span reader
    spansChan <- rbf.filter(rbf.spans[:rbf.spansLen])
...
}

pkg/internal/ebpf/common/common.go中

func ReadHTTPRequestTraceAsSpan(record *ringbuf.Record) (request.Span, bool, error) {
...
读取HTTPRequestTrace
    var event HTTPRequestTrace

    err = binary.Read(bytes.NewBuffer(record.RawSample), binary.LittleEndian, &event)
    if err != nil {
        return request.Span{}, true, err
    }
...
HTTPRequestTrace转span
    return HTTPRequestTraceToSpan(&event), false, nil
}

HTTPRequestTrace转request.Span
pkg/internal/ebpf/common/spanner.go

func HTTPRequestTraceToSpan(trace *HTTPRequestTrace) request.Span {
...
    return request.Span{
...
    }
}

span reader/metric reporter/trace reporter

pkg/internal/pipe/instrumenter.go

func Build(ctx context.Context, config *Config, ctxInfo *global.ContextInfo, tracesCh <-chan []request.Span) (*Instrumenter, error) {
    if err := config.Validate(); err != nil {
        return nil, fmt.Errorf("validating configuration: %w", err)
    }

    return newGraphBuilder(ctx, config, ctxInfo, tracesCh).buildGraph()
}

func newGraphBuilder(ctx context.Context, config *Config, ctxInfo *global.ContextInfo, tracesCh <-chan []request.Span) *graphFunctions {
...
    graph.RegisterTerminal(gnb, gb.metricsReporterProvider)
    graph.RegisterTerminal(gnb, gb.tracesReporterProvider)
...
}

otel trace adapter
func (gb *graphFunctions) tracesReporterProvider(config otel.TracesConfig) (node.TerminalFunc[[]request.Span], error) {
    return otel.ReportTraces(gb.ctx, &config, gb.ctxInfo)
}

otel metric adapter
func (gb *graphFunctions) metricsReporterProvider(config otel.MetricsConfig) (node.TerminalFunc[[]request.Span], error) {
    return otel.ReportMetrics(gb.ctx, &config, gb.ctxInfo)
}

otel trace reporter
pkg/internal/export/otel/traces.go中

构建reporter
func ReportTraces(ctx context.Context, cfg *TracesConfig, ctxInfo *global.ContextInfo) (node.TerminalFunc[[]request.Span], error) {
...
    return tr.reportTraces, nil
}

reporter方法
func (r *TracesReporter) reportTraces(input <-chan []request.Span) {
...
    for spans := range input {
...
构建otel span
            r.makeSpan(r.ctx, reporter, span)
...
    }
}

func (r *TracesReporter) makeSpan(parentCtx context.Context, tracer trace2.Tracer, span *request.Span) {
...
构建span
    ctx, sp := tracer.Start(parentCtx, traceName(span),
        trace2.WithTimestamp(realStart),
        trace2.WithSpanKind(spanKind(span)),
        trace2.WithAttributes(r.traceAttributes(span)...),
    )

    sp.SetStatus(spanStatusCode(span), "")
...
span结束
    sp.End(trace2.WithTimestamp(t.End))
...
}

otel metrics reporter
pkg/internal/export/otel/metrics.go中

构建reporter
func ReportMetrics(
    ctx context.Context, cfg *MetricsConfig, ctxInfo *global.ContextInfo,
) (node.TerminalFunc[[]request.Span], error) {
...
    return mr.reportMetrics, nil
}

func (mr *MetricsReporter) reportMetrics(input <-chan []request.Span) {
...
    for spans := range input {
...
记录指标
            reporter.record(s, mr.metricAttributes(s))
...
    }
...
}

根据span类型记录指标
func (r *Metrics) record(span *request.Span, attrs attribute.Set) {
    t := span.Timings()
    duration := t.End.Sub(t.RequestStart).Seconds()
    attrOpt := instrument.WithAttributeSet(attrs)
    switch span.Type {
    case request.EventTypeHTTP:
        // TODO: for more accuracy, there must be a way to set the metric time from the actual span end time
        r.httpDuration.Record(r.ctx, duration, attrOpt)
        r.httpRequestSize.Record(r.ctx, float64(span.ContentLength), attrOpt)
    case request.EventTypeGRPC:
        r.grpcDuration.Record(r.ctx, duration, attrOpt)
    case request.EventTypeGRPCClient:
        r.grpcClientDuration.Record(r.ctx, duration, attrOpt)
    case request.EventTypeHTTPClient:
        r.httpClientDuration.Record(r.ctx, duration, attrOpt)
        r.httpClientRequestSize.Record(r.ctx, float64(span.ContentLength), attrOpt)
    case request.EventTypeSQLClient:
        r.sqlClientDuration.Record(r.ctx, duration, attrOpt)
    }
}

入口相关

cmd/beyla/main.go中

func main() {
...
读取转发指标
    if err := instr.ReadAndForward(ctx); err != nil {
        slog.Error("Beyla couldn't start read and forwarding", "error", err)
        os.Exit(-1)
    }
...
}

pkg/beyla/beyla.go中

func (i *Instrumenter) ReadAndForward(ctx context.Context) error {
构建读取转发pipeline
    bp, err := pipe.Build(ctx, i.config, i.ctxInfo, i.tracesInput)
    if err != nil {
        return fmt.Errorf("can't instantiate instrumentation pipeline: %w", err)
    }
}
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