作者介紹

熊亞軍

靈犀技術(shù)總監(jiān)，原百度系統(tǒng)部高級項目經(jīng)理，負(fù)責(zé)百度IT基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控團(tuán)隊，其帶領(lǐng)的團(tuán)隊經(jīng)歷了百度服務(wù)器規(guī)模邁入幾十萬量級，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)數(shù)次演進(jìn)，對服務(wù)器尤其是網(wǎng)絡(luò)層的監(jiān)控和運維自動化智能化有豐富的經(jīng)驗。

開篇：

在超級互聯(lián)網(wǎng)公司，隨著服務(wù)器規(guī)模都早早邁過 10 萬臺量級，加之業(yè)務(wù)模式的多樣性和 IT 架構(gòu)的云化遷移，其 IT 運維團(tuán)隊面臨的挑戰(zhàn)與日俱增，常規(guī)的系統(tǒng)和經(jīng)驗都需要不斷迭代更新。

本文將給大家介紹在超級互聯(lián)網(wǎng)公司如何基于網(wǎng)絡(luò)的故障根因自動定位技術(shù)，提高故障定位速度，從而提高業(yè)務(wù)可用性。

規(guī)模效應(yīng)和云的效應(yīng)極大提升了運維的復(fù)雜性

首先，我們先來看看超級互聯(lián)網(wǎng)公司的業(yè)務(wù)架構(gòu)示例圖：

在超級互聯(lián)網(wǎng)公司中，通常不同的層次都由不同的團(tuán)隊來負(fù)責(zé)運維管理，同層次不同的硬件/系統(tǒng)/應(yīng)用都由不同的小組來負(fù)責(zé)運維管理。

就基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)這層來說，隨著IT設(shè)備規(guī)模的不斷增加，IT 設(shè)備故障的告警種類與告警數(shù)量也隨之急劇增加。

告警的多面性、冗余性、耦合性，導(dǎo)致某些核心層面的故障會引起大面積告警的現(xiàn)象，而這些告警又有可能分屬不同小組，運維人員處理故障會增加排查問題的難度以及增加小組間溝通成本。

同時因為對故障信息缺乏統(tǒng)一的管理，無法對告警系統(tǒng)進(jìn)行反饋優(yōu)化，致使誤報漏報頻出。同樣也無法進(jìn)行全面的故障信息統(tǒng)計分析，不知道如何對基礎(chǔ)設(shè)施資源進(jìn)行風(fēng)險管理。

眾所周知，IT基礎(chǔ)設(shè)施層的運維工作，直接影響公司服務(wù)穩(wěn)定性。一次服務(wù)中斷事件便會對公司造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。

但正如上述現(xiàn)狀描述中提到的問題：

• 運維平臺繁雜多樣，
• 運維小組之間溝通滯后，
• 告警信息共享程度低，
• 工程師水平參差不齊，故障處理自動化程度較低。

告警系統(tǒng)缺乏有效的反饋機制進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，同時缺少全面有效的故障信息沉淀，無法幫助預(yù)算與評估采購系統(tǒng)進(jìn)行合理采購。

這些都極大約束了運維水平的與時俱進(jìn)，新的方法論和新的運維技術(shù)有迫切的內(nèi)部需求。

我們收斂匯總一下復(fù)雜運維場景下的主要痛點：

• 如何在告警風(fēng)暴時壓縮告警
• 如何快速從大量告警中找到故障根源
• 如何提高不同運維小組的故障處理協(xié)作效率
• 如何實現(xiàn)對IT基礎(chǔ)設(shè)施的風(fēng)險管理

如何應(yīng)對?打造以故障定位為核心的運維生態(tài)體系！

基于上述背景下的痛點問題，一套以故障定位為核心的運維生態(tài)體系的建立便成為高逼格的不可或缺：

• 統(tǒng)一故障信息入口，使用機器學(xué)習(xí)的算法對信息進(jìn)行分類整合和推理，自動定位故障生成case，設(shè)計開發(fā)統(tǒng)一故障處理平臺，通知工程師來平臺進(jìn)行處理故障。
• 同時將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行沉淀分析，反饋給告警系統(tǒng)和質(zhì)量管理系統(tǒng)，提高故障處理效率，加強基礎(chǔ)設(shè)施風(fēng)險管理。

而在這套生態(tài)體系中，故障自動定位技術(shù)便是體系是否能夠成功建立的核心要素。

故障根因自動定位簡要科普

故障根因自動定位系統(tǒng)為人工智能的分支，屬于診斷性專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)通常包含:

• 人機交互界面
• 知識庫
• 推理機
• 解釋器
• 綜合數(shù)據(jù)庫
• 知識獲取

其中最重要的是知識庫和推理機。知識庫用于專家經(jīng)驗的存儲，是一種靜態(tài)規(guī)則，推理機根據(jù)現(xiàn)象結(jié)合知識庫中的規(guī)則反復(fù)推理得出結(jié)論。規(guī)則集的組成形式有多種方式，本文重點介紹的是二叉決策樹。

故障根因定位系統(tǒng)的設(shè)計架構(gòu)系統(tǒng)

故障根因自動定位系統(tǒng)主要由監(jiān)控系統(tǒng)、接入系統(tǒng)、推理系統(tǒng)、通告系統(tǒng)四個部分組成，分別的功能如下：

• 監(jiān)控系統(tǒng)：監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)各類探針數(shù)據(jù)的采集，根據(jù)監(jiān)控規(guī)則產(chǎn)生告警。
• 接入系統(tǒng)：接入系統(tǒng)負(fù)責(zé)對各類監(jiān)控系統(tǒng)的告警信息進(jìn)行匯總并格式化處理。
• 推理系統(tǒng)：推理系統(tǒng)根據(jù)專家推理樹進(jìn)行故障根因定位推理，定位最終告警原因，確定故障根源。
• 通告系統(tǒng)：通告系統(tǒng)根據(jù)定位出的故障根因進(jìn)行故障信息通告。

看個實際案例，看看到底能解決啥問題?

故障推理算法是整個故障定位系統(tǒng)的核心，這里重點闡述下故障推理算法的實現(xiàn)方式。

故障定位算法采用機器學(xué)習(xí)中的二叉決策樹的方式實現(xiàn):

• 一方面希望將故障所產(chǎn)生的所有告警信息整合為一條信息，減少告警量。
• 另一方面希望能夠智能定位出故障點，減少工程師排查問題的時間，并引入自動化處理。

以某公司網(wǎng)絡(luò)故障根因定位為例，實現(xiàn)上述目標(biāo)需要三步：

第一步：將問題排障過程的經(jīng)驗提煉成二叉決策樹。

第二步：將告警信息按照時間分片算法進(jìn)行分類分組。

第三步：將分組的告警信息輸出給決策樹進(jìn)行自動推理輸出推理結(jié)果。

看看推理樹是怎么構(gòu)建的呢?

根據(jù)某公司目前網(wǎng)絡(luò)故障時的告警特點和網(wǎng)絡(luò)工程師運維的特點，得出下面的一些結(jié)論，而這些結(jié)論可幫助我們構(gòu)建出經(jīng)驗推理樹。

A、告警信息是分層次的:

• 第一層是交換機級別，如ROUTER_ID、CPU、TM告警。
• 第二層次是板卡告警，比如板卡芯片問題，板卡故障。
• 第三層次是端口告警，LINK-NEW告警等與端口相關(guān)的告警。

B、每一層的告警又可分為原子告警，衍生性告警。

比如：

第三層告警，LINK-NEW便是衍生性的告警，而PORT DOWN的告警為原子告警，即PORT DOWN了一定會有LINK-NEW的告警，反之不然。

根據(jù)以上結(jié)論，故障定位的原則為：重要性從最高層往最低層報，每層中重要性從原子告警到衍生性告警報。

比如：

收到了ROUTER_ID，PORT DOWN, LINK-NEW的告警，那么只需報ROUTER_ID的告警。

如果只有PORT DOWN, LINK-NEW的告警，就重點報`PORT。

DOWN的告警，如果只有LINK-NEW的告警，則只能報LINK-NEW`的告警。

引入故障追蹤列表，比如第二層的【BOARD告警】引起第三層的告警【PORT、OSPF、LINK-NEW】，每個故障追蹤列表形成一個Case，即Case的生成過程不是以某交換機為單位，而是以故障追蹤列表為單位。

根據(jù)上述的分析，設(shè)計推理樹如下圖所示：

沒太看明白?看看推理樹的構(gòu)建原則和實現(xiàn)方式

A、推理樹的構(gòu)建有以下四個原則：

原則一：告警從高層向底層，在邏輯層次上面，越根源性的告警越先判斷。

例如：

A出現(xiàn)問題必然導(dǎo)致B出現(xiàn)問題，B出現(xiàn)問題必然導(dǎo)致C出現(xiàn)問題，在邏輯層次上面，A的根源性最高，當(dāng)A、B、C告警同時到達(dá)，先判斷A，判定A、B、C故障的根因為A。

在告警關(guān)聯(lián)度上面，越明確關(guān)聯(lián)的告警越先判斷。

例如：

故障A對應(yīng)有A1、A2、A3三種告警，關(guān)聯(lián)度依次為A1 > A2 > A3，先判斷A1，由A1直接確定A1、A2、A3的故障根因為A。

原則二：從原子到衍生告警。

原則三：推理樹的建立根據(jù)告警來定。

原則四：驗證規(guī)則，根據(jù)經(jīng)驗和知識庫來定。

B、推理過程實現(xiàn)，有以下三種方式：

方式一：

給出特征 —> 推理機 —> 結(jié)論 —> 驗證 —> 發(fā)出結(jié)果

方式二：

自主收集特征 —> 推理機 —> 結(jié)論 —> 驗證 —> 發(fā)出結(jié)果

方式三：

數(shù)據(jù) —> 根據(jù)特征設(shè)計的推理機 —> 結(jié)論 —> 驗證 —> 發(fā)出結(jié)果

簡單來說，方式一就是半人工方式、方式二就是簡單機器學(xué)習(xí)方式、方式三就是智能機器學(xué)習(xí)方式。

來個總結(jié)吧！4步搭建你的故障根因定位系統(tǒng)

看完是不是有點小激動，想動手試試如何構(gòu)建一套智能故障根因定位系統(tǒng)，需要如下幾個步驟：

第一步：構(gòu)建CMDB

CMDB是監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)部分通常分為靜態(tài)、動態(tài)兩大類。

就網(wǎng)絡(luò)設(shè)備而言，靜態(tài)數(shù)據(jù)通常包括：

• 機框
• 矩陣
• 板卡
• 模塊
• 端口

動態(tài)數(shù)據(jù)通常包括：

• IP地址
• 路由
• 端口狀態(tài)
• 端口流量

第二步: 告警標(biāo)準(zhǔn)化

需要統(tǒng)一告警信息的格式，便于故障定位系統(tǒng)提取關(guān)鍵特征級并進(jìn)行分類分組。

第三步:梳理告警關(guān)系

理清告警之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，關(guān)聯(lián)關(guān)系需要是邏輯上面的，形成必要的關(guān)系，例如A是B上游模塊，A出現(xiàn)問題必然會導(dǎo)致B出現(xiàn)問題。

第四步: 構(gòu)建推理樹

根據(jù)人工故障定位判斷邏輯，構(gòu)建推理樹，設(shè)定每個推理節(jié)點的判決條件。

OK啦！做完以上幾步，您就搭建了一個簡單的故障根因自動定位系統(tǒng)，通過對每個推理節(jié)點判斷條件的不斷優(yōu)化，您可以不斷提升故障自動定位準(zhǔn)確率，讓您的運維效率得到大幅提升，IT運營水平逐步與BAT等超級互聯(lián)網(wǎng)公司運營水平對齊。

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