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这样的可观测数据平面让AI自动诊断故障

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当今云原生和微服务盛行的时代，分布式系统的复杂性与日俱增。保障系统稳定性、快速进行故障诊断成为了运维和开发团队面临的核心挑战。传统的可观测性工具在数据收集和展示方面取得了长足进步，但在应对海量数据、告警风暴以及深度根因分析方面仍显不足。AI，特别是大模型（LLM）的崛起，为自动化故障诊断带来了新的曙光。然而，要充分释放 AI 在可观测性领域的潜力，我们需要一个全新的、为 AI 量身打造的数据平面。

APO (AutoPilot Observability) 正是为此而生。作为一款开源的可观测性平台，APO 并非简单地将 AI 应用于现有数据，而是从根本上重新设计了数据平面，使其更适合 AI Agent 进行分析和推理，从而实现更高效、更精准的自动化故障诊断。本文将深入探讨大模型在可观测性领域的价值，分析为何需要为 AI 定制数据平面，并详细介绍 APO 如何构建一个真正适合 AI 的可观测性数据基础。

LLM：解锁高效数据分析的钥匙​

可观测性的三大支柱——Metrics, Tracing, Logging——为我们理解系统状态提供了丰富的数据源。Grafana、Datadog、Jaeger 等工具在可视化和手动分析方面做得非常出色。但面对日益庞大的系统和数据量，传统方法遇到了瓶颈：

  • 告警风暴与信息过载：系统抖动或关联故障可能触发大量告警，淹没关键信号，导致运维人员疲于奔命，产生“告警疲劳”。
  • 专家经验依赖：精准、快速的故障诊断往往依赖少数经验丰富的专家，这种能力难以复制和规模化，成为效率瓶颈。
  • 高昂的 On-Call 成本：运维人员需要 7x24 小时待命，处理重复性高、压力大的排障工作，时间和心理成本巨大。

大模型驱动的 AI Agent 和 Agentic Workflow 为解决这些痛点提供了革命性的途径。通过将领域知识（如系统架构、常见故障模式）和排障经验（如何关联分析 Metrics, Tracing, Logging）注入 AI Agent，我们可以：

  • 自动化初步分析：AI 可以快速扫描海量数据，识别异常模式。
  • 执行根因推断：结合上下文信息和知识库，AI 可以提出可能的故障原因。
  • 辅助甚至替代重复工作：AI 可以处理大量标准化的排障流程，将工程师从繁琐的任务中解放出来。这不仅能大幅提升故障诊断的效率和准确性，还能显著降低运维压力，提升整体系统稳定性。

为什么需要专为LLM优化的数据平面？​

仅仅将现有的可观测性数据（如 Prometheus 的指标、Jaeger 的链路、Loki 的日志）直接喂给大模型，效果往往不尽人意。原因在于，传统的数据平台主要面向人类工程师，侧重于可视化和手动探索，而 AI Agent 对数据的需求有着本质的不同：

  1. AI 需要“可理解”的数据结构：
    AI 并非全知全能，难以直接理解各种异构、原始的数据格式。例如，直接输入原始的 Trace Span 数据，AI 可能难以准确构建服务依赖关系。数据需要经过预处理和结构化，转换成 AI 更容易理解的格式（如图、结构化指标）。
  2. 数据间需要显式的关联性：
    故障诊断往往需要结合多种数据源。例如，通过指标发现延迟升高，通过链路定位到问题服务，再通过日志查找具体错误。如果这些数据（Metrics, Tracing, Logs）之间缺乏统一的、可关联的标签（如 TraceID、Pod Name、时间戳），AI 就需要执行复杂的跨系统查询和关联操作，效率低下且容易出错。
  3. 实时性与效率要求数据预聚合与模式提取：
    AI Agent 需要快速响应（例如，用户问“服务 X 为什么慢了？”时，期望秒级回答）。这要求数据平面能够提供预先计算好的统计信息和模式，而不是让 AI 每次都从海量原始数据中临时计算。直接分析原始数据不仅消耗大量 Token（成本高昂），速度也无法满足交互式分析的需求。
  4. AI 对噪声敏感，需要过滤和统计：
    单次的网络抖动或偶发的应用错误可能产生“噪声”数据。AI 分析需要基于统计趋势而非孤立事件，以避免误判。例如，需要将零散的错误日志聚合成错误率指标，将单次请求的毛刺延迟平滑为 P99 延迟趋势。

传统数据平面的局限与 APO 的创新设计​

了解了 AI 对数据的特殊需求后，我们再来看传统可观测性数据平面（如 Jaeger Trace, Loki Log, Prometheus Metrics）存在的具体局限，以及 APO 是如何通过创新设计来克服这些挑战的：

面向存储/UI 的数据结构对 LLM 不友好​

  • 问题：传统工具的数据结构设计优先考虑存储效率（如压缩）或 UI 展示（如可视化）。
  • 对 AI 的挑战：这些非 AI 优化的数据结构可能导致 AI 理解困难、识别错误，甚至产生“幻觉”。
  • APO 的设计：APO 针对性地设计了适合 AI 理解的拓扑和指标数据结构，并通过 Few-shot Prompt Engineering 进行了优化，显著提高了 AI（如 DeepSeek-V2）识别服务拓扑、指标异常的准确率（实验准确率超过 98%）。

数据孤岛与关联性缺失​

  • 问题：Trace, Log, Metrics 数据通常存储在独立的系统中，缺乏统一的上下文标识进行默认关联。工程师需要手动将 Jaeger 中的延迟、Prometheus 中的 CPU 飙升、Loki 中的错误日志拼接起来分析。
  • 对 AI 的挑战：AI 需要执行多次跨系统查询和复杂的关联逻辑，耗时可达秒级甚至分钟级，无法满足实时故障诊断的需求。
  • APO 的设计：APO 利用 eBPF 技术，在数据采集层面就将 Trace、Log、Metrics 与丰富的上下文信息（如 Pod、Node、进程、线程、TraceID）进行自动关联。输出的 API 级别拓扑数据本身就包含了关联信息，AI 无需再进行耗时的二次关联。 1 图

缺乏预处理与模式提取​

  • 问题：传统平台存储的是原始数据记录（如每个 Span、每条 Log），缺乏统计意义上的模式信息。工程师需要人眼观察火焰图或日志大海捞针。
  • 对 AI 的挑战：让 AI 直接处理海量原始数据，计算量巨大，响应缓慢，且成本高昂。
  • APO 的设计：APO 在数据处理管道中对 Trace 和 Log 进行预聚合和模式提取。例如，将大量 Trace 预计算为 API 级别的服务调用图和关键性能指标（延迟、错误率、吞吐量），甚至可以预先计算出下游节点对整体延迟的贡献度（如“数据库调用耗时占比 71%”）。AI 可以直接利用这些统计结果快速定位问题方向，而非在原始数据中低效探索。 2 图

服务拓扑粒度粗糙，缺乏业务视角​

  • 问题：基于 Tracing 生成的服务拓扑通常只到服务级别（Service-Level）。当某个服务（如 service-a）出现性能问题时，难以直接判断影响了哪些具体业务功能（如“下单接口”还是“查询接口”），需要进一步下钻分析。
  • 对 AI 的挑战：AI 的分析停留在服务层面，无法直接关联到业务影响，需要多轮交互或复杂的下钻查询才能触达问题本质，可能导致分析不准确或效率低下。
  • APO 的设计：APO 将服务调用拓扑细化到 API 级别（如 /api/order, /api/product/{id}），更贴近实际业务场景。同时，APO 引入了“业务入口”的概念，将相关的 API 调用链路按业务功能进行分组。这使得 AI 的分析结果更精确，输出的故障诊断报告也更容易被业务和开发人员理解。 3 图

关键数据仅有关联性，缺乏因果性​

  • 问题：传统可观测性数据（如 Metrics 和 Trace）通常只能展示现象之间的相关性（例如，API 延迟升高与 CPU 使用率升高同时发生），但难以直接证明因果关系。Trace 数据虽然能展示请求路径，但仍可能存在监控盲区（如内核态耗时、锁等待），无法精确分解请求耗时的具体构成。
  • 对 AI 的挑战：AI 在缺乏因果性指标的情况下，难以建立标准化的、可靠的故障诊断路径，更多依赖于模式匹配和相关性猜测，导致诊断结论可能不准确或不稳定。
  • APO 的设计：APO 再次利用 eBPF 技术深入内核和应用运行时，实现了请求级别的耗时分解（北极星指标）。能够将一个 API 请求的总耗时，精确地分解为 CPU 执行耗时、CPU 等待调度（runqueue）耗时、网络调用耗时、磁盘 I/O 耗时、锁等待耗时等具有明确因果关系的组成部分。这为 AI 提供了一条清晰、标准化的分析路径，能够准确定位性能瓶颈的直接原因，极大提升了故障诊断的准确性和深度。 4 图

总结：APO - 为 AI 打造的智能可观测基石​

为了让 AI 在可观测性领域发挥最大价值，APO 通过以下关键设计构建了一个面向 AI 的数据平面：

  • LLM 友好的数据结构：精心设计拓扑和指标结构，提升 AI 理解准确性。
  • eBPF 驱动的数据关联：自动关联 Trace, Log, Metrics 及系统上下文。
  • 预处理与模式提取：将原始数据转化为包含统计意义的指标和模式。
  • API 级业务拓扑：细化服务调用图至 API 级别，并按业务入口分组。
  • 因果性北极星指标：基于 eBPF 实现请求耗时精确分解，直击性能瓶颈。

通过这些专门为 AI 设计的优化，APO 构建的数据平面能够让 AI Agent 更高效、更准确地进行故障诊断和根因定位，显著提升系统稳定性，真正成为工程师的得力助手，将他们从繁琐、重复的排障工作中解放出来。

如果你对利用 AI 提升可观测性和故障诊断效率感兴趣，如果你也希望借助大模型的力量来保障系统稳定性，那么 APO 值得你深入了解和尝试。想了解更多或亲自体验 APO 的魔力吗？欢迎访问我们的项目地址，查阅文档、下载试用，并加入我们的社区，让我们一起探索 AI 可观测性的未来！

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