作者 | 张小七
导读
日志中台承载了百度千亿量级PV的埋点流量，如何对这些流量进行准确监控，并支持个性化字段的抽取、下钻，是日志中台的一大难题。本文简单介绍了日志中台的基本概念及实时流架构，并基于此深入讲解了低成本实现可扩展、高准确度的埋点监控的技术方案。
全文5899字，预计阅读时间11分钟。
01 引言
日志中台，作为百度数据埋点的全套一站式解决方案，目前已覆盖了厂内以手机百度 APP 作为代表的大多数重点产品，承载着每天千亿量级的埋点日志 PV。
埋点日志的实时监控，在日志中台应对突发流量、业务迭代埋点逻辑、埋点计费结算等场景中均发挥着不可或缺的作用。而在海量的数据下，如何对埋点日志进行精准地监控，保证监控的易用性、稳定性与准确性，是日志中台的一大难题。
本文首先对日志中台的 UBC 埋点相关概念进行了简单介绍，分析了埋点监控的需求，并深入讲解了埋点监控的架构设计，最后重点分析了实现过程中的难点、解决方案以及实践过程中的思考。
02 概念简介&需求分析
UBC（User Behavior Collection）即用户行为收集，是日志中台数据埋点的主流协议。按上报端的类型，分为 UBC 端日志、UBC Server 日志、UBC H5 日志三大类。
每条 UBC 日志中，都携带日志的 UBC ID，用于区分用户的不同行为。
2.1 UBC 打点类型
根据打点所表达的场景，UBC 日志可分为事件打点和流式打点。
事件打点用来记录一个单次行为，例如一次点击、一次列表页展示等，通常以 pv 作为统计值。
流式打点用来记录一个持续行为，例如一次视频观看、某功能的使用时长等。流式打点特有 duration 字段，用来表达行为的持续时间，通常 pv 和 duration 都会作为统计值。
2.2 公共参数与业务参数
UBC 日志中，部分参数是广泛存在于所有打点的，由 UBC 的打点 SDK 统一获取并上报，例如系统类型（Android/IOS 等）、设备 ID、APP 名称、APP 版本等。这些参数被称作公共参数。
除公共参数外，业务在打点时可自行定义其他参数，对同一类 UBC ID 的行为日志进行进一步细分。
例如：我们用 UBC ID = 10397 表达 Feed 业务的一次点击行为，这个点击可能来自不同的页面，便可以定义名为 from 的字段，用于区分点击的页面来源，按不同页面分别点击量 pv 和占比。
这些参数按照 UBC ID 粒度进行参数的管理，支持不同行为下，由业务个性化定义，被称作业务参数。
2.3 埋点监控需求分析
作为监控，需要应对突发流量、埋点变更等场景，必然对时效性有较高的要求。
同时，监控维度需要尽可能多样化，除了公共参数外，还需要能支持业务参数的自由组合。
结合上面的基本概念，我们可以得到埋点监控的核心目标：
1.能够有较高的时效性，在分钟级的延迟内查看埋点的数据趋势。
2.对于事件类型的打点，以 PV 作为统计口径；对于流式类型的打点，以PV和 总时长作为统计口径。
3.埋点数据和趋势，同时支持按照公共参数与业务参数组装筛选条件。
基于上述目标，我们结合目前日志中台的实时流架构，对埋点监控能力进行了方案设计。
03 整体方案
3.1 日志中台架构现状
日志中台的端日志与 H5 日志经由客户端 SDK 上报至专门的日志接收 server，初步解析后进行原始日志落盘。
Server 日志则有对应的业务服务直接按照指定的格式进行原始日志落盘。
落盘后的原始日志经由日志传输组件采集至中转消息队列，由流式任务订阅处理后交付给业务使用。
整体流程图大致如下：
3.2 埋点监控架构设计
尽管在线服务（日志接收服务、业务服务）作为日志处理链路的最上游，在时效性上有很大的优势（秒级）。
但考虑到以下几点：
1.日志接收服务仅对日志上报的部分公共参数做了简单的解析处理，作为数据上报的第一站，应当尽可能规避业务逻辑的入侵。
2.业务服务由各个业务团队维护，埋点监控的设计也不宜对业务由过多耦合，否则长期难以维护。
3.原始日志数据以字符串形式保留了绝大部分日志信息，对各种业务参数都未做解析。
不论基于在线服务，还是基于原始日志数据，产出我们期望的低延迟、可由业务参数个性化筛选的监控数据，都是不合适的。
所以我们考虑基于流式任务产出的数据去统计所需的监控，牺牲少量的时效性（从秒级到分钟级），去换取更高的可维护性和架构合理性。
日志管理平台：与业务 PM 交互，负责维护监控元信息（例如打点类型、监控采集规则等）与监控数据查询展示。
流式处理任务：定期同步监控元信息，根据元信息将 UBC 日志数据转化为带维度信息的监控数据，剔除冗余信息。
监控消息队列：传输维度提取后的监控数据，解耦监控处理任务和流式处理任务，避免监控处理影响原有的实时数据交付。
监控处理任务：对监控进行聚合，从单条日志聚合为时间区间统计值（区间内 pv、区间内 duration）。
04 难点与解决
4.1 如何避免维度膨胀
埋点上报的公共参数是有限个可枚举的，但一旦涉及业务参数，监控维度的取值就可能千变万化。
如果在监控指标中每个配置的业务字段都映射为一个维度列，将产生大量膨胀冗余的维度：
1.行为 A 的业务参数，在行为 B 中是没有定义，不会上报的。
2.监控所需的业务字段可能会动态变化，曾经采集过的维度有历史数据，但将来可能不再使用。
为了避免不同 UBC ID 的业务字段差异，导致的维度膨胀冗余问题，我们在维度提取时对维度进行了映射，提供了至多6个自定义筛选维度项，并支持了1对1、多对1两种映射逻辑：
映射逻辑由业务 PM 在日志管理平台上动态维护，并打包为监控元信息，以接口形式定时同步给流式处理任务。
通过映射，我们支持了理论上无限多个业务参数参与维度筛选计算，同时也保证了维度列数不会无限制膨胀。
4.2 如何防止数据偏移
日志中台的实时流架构，保障了数据的不重&不丢。
在系统面临极端场景，例如流量短时间内暴涨、基建故障等情况时，为保障数据的准确性，打点数据可能发生拥堵或停发，导致数据暂时延迟，待异常恢复后追齐。
业内常见的在线服务监控设计下，监控指标是对在线服务运行状态的观测值，也即监控曲线图上会因为数据的拥堵/停发，到最终恢复而发生数据偏移：
△异常导致部分数据延迟，恢复后追齐
虽然这个曲线反映了服务端的处理流量，但埋点作为对真实用户行为的观测，追求的是更真实源自客户端上报的流量曲线，理应不受服务端任何异常的影响。
因此，常见的基于在线服务监控的技术方案并不适用于埋点监控的场景。
为了使埋点监控能真实反映打点上报的趋势，不受服务端拥堵停发影响，我们参考了流式数据处理的思想，在监控中引入了水位（watermark）的概念。
4.2.1 水位概念简介
水位（watermark）是流式数据处理中的一个常见概念，通常是一个时间戳，表达已经处理完毕数据的最大时间戳。
举例：当前水位推进到时间 t 时，意味着 t 时刻以前的数据都已处理完毕，不会再出现。基于这个设定，我们可以认定 t 时刻之前的统计数据不会再发生变化。
实际生产环境中，由于存在长尾数据，难以达到所有 t 时刻以前的数据都已完成处理的理想情况，所以我们通常会设定一个容忍度百分比（例如 99.9%）。
4.2.2 水位在埋点监控中的应用
业内常规的在线服务监控中，通常以自然时间作为横轴。
为了规避数据偏移的问题，我们抛弃了这个设定，改用打点日志的上报时间作为横轴，以水位作为监控推进的基线。
水位之前的统计数据为确定值，水位之后的数据因为还在处理中，可能随时间发生变化。
最终剔除了服务端导致的数据偏移问题，效果如下：
△以上报时间为横轴的监控
4.3 如何降低监控成本
日志中台承载了百度厂内几乎所有 APP 的埋点流量，数据的峰值超过 200W QPS，天级的 PV 也是千亿级别。
在这个数据量级下，保留原始的数据条数和内容，不论是处理、存储还是检索，成本都将是一个天文数字。
监控不同于数据报表，只需要按照既定的维度条件检索出统计值即可，所以对监控数据进行简化、降维聚合是必要的。
4.3.1 监控数据裁剪
在4.1节中，我们提到了通过数据映射的方式解决维度膨胀的问题。
这意味着经过数据映射后，原始字段在后续的流程中已经冗余，真正有效的是映射后的字段，且数量可控。
我们在流式任务处理中定义了有别于常规业务数据的裁剪格式，由数据处理算子单独输出。
常规数据的平均长度为10KB/条，经过映射裁剪可降低到0.2 KB/条，减少了98% 的体积。
4.3.2 按时间聚合
埋点监控需要的是每个维度排列组合下的统计值，不需要每条数据的详情。
并且，在经过4.3.1节的裁剪后，数据详情也不再有实际意义。
故我们考虑将裁剪后的监控数据，按照时间区间聚合，仅保留 count （PV）与 sum（duration）运算后的统计值。
聚合通过监控处理流式任务实现：
通过订阅算子通过维度组合的 hash 值，对监控数据进行分发，确保同一维度需要聚合的数据会被分发到同一个算子，规避多实例聚合问题。
聚合算子在内存中不断累加聚合值，由定时任务触发统计，输出聚合数据，并对当前累加值清零，进行下一个时间窗口的计算。
在输出数据给 ES 的同时，在分布式文件系统上同时进行了数据备份。
经过时间聚合，最终监控数据的量级仅由排列维度数时间区间长度决定。
以5min一个时间窗口为例，数据条数由原始的6亿条量级被聚合压缩到了10w条以内，下降幅度达到99.98%。
05 总结与展望
早在19世纪，热力学之父开尔文就曾提出「To measure is to know」。观测与监控的思想在自然科学中至关重要，在软件工程领域更是如此。
埋点监控功能在支持高度定制化筛选数据的同时，也通过添加映射、引入水位等手段，保障了数据的稳定性。同时通过数据裁剪、时间聚合等方式，极大降低了监控的运算、存储与检索成本。
日志中台作为观测用户行为的一站式解决方案，以支撑服务好百度的各个业务为己任，再未来的规划中，也将持续秉承简单可依赖的价值观，为业务提供更准确、更可靠、更优质的服务。
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