OpenTelemetry によるクラウドネイティブアプリケーションの観測性改善

背景と課題

クラウドネイティブアプリケーションの規模と複雑性が増加する中、観測性（observability）はシステムの安定性を確保するための不可欠な要素となっています。しかし、現在の産業では観測ツールのフラグメンテーションが深刻な問題となっています。86％の技術リーダーが現行の監視スタックが複雑で、10〜15種類のツールを用いて異なるシステムコンポーネントを管理する必要があると指摘しています。これにより、ツールの設定が複雑化し、データの関連性分析が困難となり、ツール間の統合コストが高まっています。

OpenTelemetry の概要

OpenTelemetry は OpenCensus と OpenTracing の統合によって生まれたプロジェクトで、CNCF（Cloud Native Computing Foundation）の第二に急速に成長しているプロジェクトです。その核心的な特徴は以下の通りです。

• ベンダー鎖定の迴避：汎用的なインスツルメンテーション方法を提供し、セマンティックコンバイン（semantic conventions）と自動インスツルメンテーションプロキシをサポート。
• 標準化：CNCF に限らず、さまざまなプロジェクトでインスツルメンテーションのデフォルト標準として採用され、LLM（大規模言語モデル）監視など幅広い場面で利用可能。
• 多言語サポート：Go、Java などの言語にネイティブな SDK を提供し、Java、Go などの自動インスツルメンテーションプロキシをサポート。
• データ統合：メトリクス（metrics）、ログ（logs）、トレース（traces）などのデータを統合し、セマンティックコンバインによるデータ関連性を確立。

OpenTelemetry のエコシステム

OpenTelemetry の主要なコンポーネントは以下の通りです。

• SDK と API：言語レベルでのインスツルメンテーションツールを提供。
• 自動インスツルメンテーションプロキシ：言語レベルでの自動データ収集を支援。
• インフラストラクチャ統合：Kubernetes、Envoy などの CNCF ツールが OpenTelemetry をネイティブサポートし、データを直接エクスポート可能。
• OpenTelemetry Collector：
  • 中央データパイプラインとして機能し、受信（receivers）、処理（processors）、エクスポート（exporters）をサポート。
  • OTLP、Prometheus、Zipkin などのプロトコルや AWS CloudWatch などのクラウドサービスとの互換性を提供。
  • データフィルタリング、バッチ処理、フォーマット変換などの機能を備える。

OpenTelemetry の利點と解決策

• 統一観測ビュー：セマンティックコンバインにより、メトリクス、ログ、トレースデータを単一畫面に統合し、関連性分析能力を向上。
• パフォーマンス分析サポート：最近ではアプリケーションパフォーマンス分析（profiling）のサポートが追加。
• CNCF ツール統合事例：
  • Dapper：サイドカーを通じてトレースデータ収集を支援し、OTLP プロトコルをサポート。
  • Open Policy Agent：gRPC を通じて span データをエクスポート。
  • Envoy：ネイティブ OpenTelemetry API をサポートし、アクセスログとトレースデータをエクスポート可能。
  • Kubernetes：Kublet API を通じてネイティブサポートし、ログとメトリクスを直接エクスポート。
  • STO（サービスメッシュ）：Operator を通じて OpenTelemetry を構成し、Envoy アクセスログとトレースデータを自動エクスポート。

採用の課題と解決策

• 一般的な疑問：
  • SDK の違い：異なる言語の SDK が機能的に異なるため、採用が困難だったが、近年その差異は大幅に縮小。
  • Prometheus/Grafana との比較：特定のシナリオ（例：単純な監視）ではより適しているが、OpenTelemetry の統合能力は複雑なシステムに適している。
• セマンティックコンバインの重要性：異なる言語やツール間のデータセマンティクスの一貫性を確保し、システム間の関連性分析能力を向上。

コミュニティリソースと教育

• 認証とコース：
  • CNCF 認証：OpenTelemetry Certified Associate 認証を提供。
  • Linux Foundation コース：LFS 148 コース（10 時間）で OpenTelemetry を深く學ぶ。
• 産業用例：
  • Spin（WebAssembly プロジェクト）：OpenTelemetry を統合し、WebAssembly モジュールのメトリクスを監視。
  • Couchbase（CNCF メンバー）：Java SDK の OpenTelemetry メッセージエクスポートをサポート。
• コミュニティリソース：
  • FreeCodeCamp YouTube チャンネル：OpenTelemetry の教育を提供。
  • IsItObservable チャンネル：生産環境でのベストプラクティスを含む。

結論

OpenTelemetry はクラウドネイティブアプリケーションにおいて統一された観測標準を提供し、ツールのフラグメンテーションとデータ統合の課題を解決します。CNCF プロジェクトの貢獻者として OpenTelemetry ワークグループに參加し、さらなるプロジェクトの OpenTelemetry 対応を推進することを推奨します。コミュニティは継続的にコース、認証、産業用例を提供し、OpenTelemetry の広範な採用を促進しています。

課程構造と実戦教育

• 系統的なコース內容を提供し、OpenTelemetry のコア機能をカバー：
  • トレース（Traces）：サービス呼び出しチェーンを Span で記録。
  • メトリクス（Metrics）：アプリケーション層の統計データを収集。
  • ログ（Logs）：分散型ログ管理を統合。
• カリキュラムには専用のラボ（Labs）が含まれ、実際のアプリケーションシナリオを示す。
• クラウドネイティブ大學（Cloud Native University）が OpenTelemetry の実戦コースをさらに構築する。
  • 生産環境でのデプロイケースと価値の提示を強調。

CNCF プロジェクト統合事例

• Spin プロジェクト：
  • WebAssembly 基盤のクラウドネイティブアプリケーションフレームワーク。
  • OpenTelemetry とホスト関數（Host Function）監視をサポート。
  • WebAssembly モジュール內のメトリクス監視能力を提供。
• Couchbase データベース：
  • 現在 CNCF メンバープロジェクト（Collector の一部）。
  • インバンド OpenTelemetry 対応。
  • Kubernetes 上での実行を可能。
  • Java SDK を通じてエンドポイントから Traces データを送信。
• 他のデータベース：多數のデータベースが OpenTelemetry 兼容性を備えています。

コミュニティリソースと學習経路

• 無料コース：
  • Free Code Camp が OpenTelemetry 教育を提供。
• 教育動畫：
  • YouTube チャンネル「is it observable」シリーズ。
    • 基礎教育を超えて、生産環境でのベストプラクティスを含む。
• ツール統合：
  • Onyx Proxy と STTO などのツールが OpenTelemetry の実戦応用を示す。

貢獻とエコシステム構築

• CNCF ワークグループメカニズム：
  • 言語特定のグループ（Language-specific groups）。
  • OpenTelemetry 各モジュールに特化した専門ワークグループ。
• 參加方法：
  • Slack チャンネルに參加。
  • 質問を提起したり、コードを貢獻したり。
• プロジェクト提案：
  • OpenTelemetry 対応していない CNCF プロジェクトに対して。
    • OpenTelemetry 対応を検討。
    • CNCF ワークグループを通じて協力して実現。