貴社のチームも、まるで「謎解き」のような問題調査に直面されたことはございませんか？本番環境のサービスが突然アラートを発し、監視システムやログには手がかりが全く見当たらない状況です。もし稼働中の本番システムと直接対話が可能となり、ログを一ページずつ確認する代わりに、「現在どのような処理を行っているのか？どの関数、どのコード行がシステムのパフォーマンスを低下させているのか？」と直接問いかけ、即座に正確な回答を得られるとしたら、それはどのような体験でしょうか。

本稿では、業界に変革をもたらしつつある技術—動的トレース—についてご紹介いたします。これはまさに「システムとの対話」を実現する鍵となる技術です。また、多くの従来型ツールが、複雑な新世代システムへの対応において、なぜ効果が低減してきているのかについても解説いたします。さらに、OpenResty XRay がどのように動的トレースという「特殊能力」を活用し、エンジニアが数日、場合によっては数週間を要するような問題から迅速に解決への道筋をつけ、障害調査時間を数時間以内に短縮することで、真のゲームチェンジャーとなっているかをご紹介いたします。

現代ソフトウェアにおける不可視の危機

深夜 3 時、突然お持ちの携帯電話が鳴り響きます。基幹サービスの応答速度が低下しているにもかかわらず、監視ダッシュボード上ではすべての指標が正常を示しています。緊急オンライン会議に集まったチームメンバー全員が画面を注視していますが、調査の糸口すら見出せない状況です。このようなシナリオに心当たりはございませんか？

問題の本質は、ソフトウェアシステムが極めて複雑な「ブラックボックス」と化している点にあります。オペレーティングシステムのカーネルからデータベース、Web サーバー、さらには仮想マシンやアプリケーションコードに至るまで、階層的な抽象化は開発効率を向上させる一方で、障害調査において乗り越えがたい壁を構築しています。

特にクラウドネイティブ環境を導入している昨今、この複雑性はさらに顕著になっております：

• 技術スタックの急増： コンテナ技術とマイクロサービスアーキテクチャの普及により、アプリケーションインスタンス数は飛躍的に増加し、多様な技術スタックとディストリビューションが混在する環境下で、システムの複雑性は指数関数的に高まっております。
• 可観測性の欠如： イメージの軽量化を追求するあまり、最適化されたコンテナ内には必要なデバッグツールが欠如していることが多く、問題調査の難度が著しく上昇しております。
• 問題の追跡困難性： コンテナの迅速な破棄と再構築メカニズムはシステムの耐障害性を向上させる反面、ソフトウェア不具合の痕跡を隠蔽・消失させやすく、根本原因分析をより一層困難にしております。

このような課題は単なる技術的問題にとどまらず、直接的な事業損失へと繋がります：

• 収益の損失： サービスの品質低下や中断は、取引に直接影響を及ぼし、SLA 違反を引き起こす恐れがございます。
• 人的リソースの非効率的活用： 優秀なエンジニアが価値創造活動ではなく、「原因究明」に数日、時には数週間もの貴重な時間を費やすことになります。
• 顧客離反： 頻発するパフォーマンス問題や不安定なサービス提供は、顧客体験を著しく損ない、重要顧客の流出を招く結果となりかねません。

従来型ツールが機能しなくなる理由

従来型ツールは現代システムの複雑性に対応できなくなり、その本質的な欠陥が顕在化しております：

• 洞察力の不足: 従来型ツールが提供するのは表層的な指標に留まり、「問題が発生した」という事実は通知できても、「なぜ問題が発生したのか」という根本的な説明はできません。問題の根源がアプリケーションコード、サードパーティライブラリ、あるいはカーネルレベルに深く潜在している場合、これらのツールでは対応が困難であり、根本原因分析を提供することができません。
• 新たな複雑性の導入: 従来型 APM ツールは通常、アプリケーションに多数のプローブコードの実装を要求します。これはシステムの複雑性を増大させるだけでなく、新たなバグや不安定要素を引き起こす可能性があり、「監視のための監視」という悪循環に陥る恐れがございます。
• 多大なリソースの消費: 膨大なデータの収集、転送、保存は、本番環境のパフォーマンスに実質的な影響を与えるだけでなく、コスト増加を招きます。また、複雑な処理プロセスにより誤検知や検知漏れが発生し、チームの貴重なリソースを消費することになります。
• 対応の遅延性: 異常検知からデータ報告、人的分析、問題特定、解決策実施に至るまでの全工程は時間を要し、現代のビジネス要件の変化速度に対応できておりません。

障害対応の新たなパラダイム：動的トレーシング

動的トレーシング技術は、ソフトウェアシステム向けの「CTスキャナー」と捉えることができます。稼働中のあらゆるプロセスやコンテナを読み取り専用データベースとして扱い、そこからパフォーマンスのボトルネック、プログラム異常、セキュリティ脆弱性など、問題解決に必要なすべての情報を安全かつ正確に抽出することが可能です。

最も重要な点は、このプロセスが真の意味で「ホットプラグ」かつ非侵襲的であるということです。アプリケーションコードの修正は不要、プラグインやモジュールのインストールも不要、サービスの再起動も不要、さらには特別なコンパイルや起動オプションも必要ありません。プロセスにコードを注入することなく、外部から観測するのみです。

この機能は「異常検出」から「問題解決」までの長いプロセスを根本から変革します。以下のことが実現可能となります：

• リアルタイムの洞察: 問題発生の瞬間に、ログの事後分析ではなく、データベース照会のように即座に回答を得ることができます。
• 絶対的な安全性: 本番環境を読み取り専用として扱い、コード修正不要、再起動不要、コード注入不要で、業務への影響はゼロです。
• 精密な特定: ソースコードへのアクセスが不可能な状況でも、システム内部に深く入り込み、問題の原因となっている特定のコード行を直接特定し、推測作業を排除します。

OpenResty XRay の優位性

動的トレーシング技術は急速に進化していますが、効率的かつ低侵襲、そして実用的な実装は依然として業界の課題となっています。OpenResty XRay はこの課題をいち早く克服いたしました。

弊社では、あらゆる本番システムを安全かつリアルタイム、非侵襲的に「診断」し、即時に回答を得られる革新的な手法を提供しております。

クローズドソースソフトウェアの「ブラックボックス」を克服する

• デバッグシンボルを持たないクローズドソースソフトウェア（商用データベースやサードパーティ製ライブラリなど）に対して、大多数の動的トレースツールは対応できません。「ブラックボックス」内部で何が発生しているかを把握することが不可能な状況です。
• OpenResty XRay は、オープンソースであれクローズドソースであれ、システム内のほとんどのコンポーネントを可視化できることが特長です。これが当社製品と市場の他のツールとの最も本質的な差別化ポイントとなっております。

技術スタックの「バベルの塔」を統合する

現代のアプリケーションは、複数の言語や技術が混在する複合体です。フレームグラフは優れたツールですが、C言語アプリケーション用のツール、Python 言語アプリケーション用のツール、システム指標確認用のツールなど、複数のツールが必要となり、これらの断片化された情報を人力で統合する必要があります。

弊社は「断片化された情報は情報の欠如と同義である」という信念のもと、以下の独自ソリューション開発に継続的に投資しております：

1. より充実したフレームグラフ: Lua、Python、Perl、Go など多様なプログラミング言語に対応し、CPU 使用率やメモリ分布などの様々なシステム指標の分析が可能です。フレームグラフは効率的かつ直感的なパフォーマンス分析ツールであり、1 枚の図でシステムのパフォーマンス全体を完全に把握できます。対象ソフトウェアがいかに複雑であっても、重要なボトルネックを即座に特定できます。従来のパフォーマンス分析ツールと比較して、フレームグラフは冗長な詳細情報による混乱を排除し、ユーザーがパフォーマンスに真に影響を与える核心的なパスに迅速に集中できるよう支援します。重要度の低いコードは自然と背景化され、重要なホットスポットが明確に浮き彫りになり、最も価値のある箇所に最適化リソースを集中投下することが可能となります。フレームグラフの解読方法については、Lua レベルのフレームグラフに関する解説をご参照ください。

2. Ylang 言語: 各種デバッグおよび動的トレースフレームワークに共通する統一フロントエンド言語です。最大の特徴は、異なる技術スタックやアプリケーションシナリオを横断できる点にあり、各シナリオ向けに個別のコードを開発する重複作業を回避できます。単一の Ylang ツールにより、ユーザーは複数のフレームワークやシステムにおいて柔軟に適用でき、オンライントレースやコアダンプファイル分析などの複雑なタスクをサポートし、ツールの汎用性と効率性を大幅に向上させております。また、Ylangコンパイラは高度な意味論的忠実性を備え、異なるバックエンド環境での意味論的一貫性を厳密に保持し、デバッグ結果の偏差を防止します。これにより人的リソースとメンテナンスコストを大幅に削減し、「一度開発すれば、どこでも活用可能」という理念を実現しております。

3. 全自動分析レポート OpenResty XRay は現在、全自動かつ人間可読性の高いリアルタイム分析レポートを実現しております。24 時間体制の専門医のように、ソフトウェアの健全性を継続的に監視し、多様な言語で書かれたアプリケーションを自動的に分析し、他のシステム指標と総合的に自動生成されるシステムレポートにまとめております。深い洞察と改善提案を提供し、障害調査とシステム最適化のプロセスを全面的に強化いたします。

マクロ視点のフレームグラフから始まり、最終的に生成される分析レポートでは、リクエストが Java/Go/Python などのコードをどのように通過し、最終的にカーネルを呼び出すかを明確に把握できます。情報が集約されたレポートでボトルネックを特定することにより、診断効率を飛躍的に向上させることが可能です。

パフォーマンス計測における「観測者」のジレンマを解決

あらゆる診断ツールは「本番環境の基幹業務システムで稼働させることができるか」という本質的な課題に直面しております。従来型の APM ツールはメモリに常駐し継続的にデータを収集する方式であるため、看過できないパフォーマンスへの負荷が生じます。

弊社では革新的な自動オンデマンドサンプリング方式によりこの課題を根本から解決いたしました。

1. 精密なターゲティング: 問題に関連するコードパスと関数のみを追跡し、不要な処理は一切行いません。
2. 軽量かつ高効率: 従来型APMと比較して情報収集量が大幅に少なく、データソース元で集約処理を実施することでデータ量と分析負荷を大幅に軽減いたします。
3. 究極の低負荷: サンプリングを行っていない際のパフォーマンスへの影響は厳密にゼロ。サンプリング実行中であっても、その負荷は通常、計測不能なほど低水準です。

OpenResty XRay はあらゆる本番環境においてご安心してご導入いただけます。常駐のホームドクターのように、平常時は干渉せず、問題発生時には即座に的確に対応し、「システム」の状態を悪化させることはございません。

対処療法から真の可観測性へ

複雑なソフトウェアスタックがビジネス成長の阻害要因となることはもうございません。従来型ツールが部分的な視点しか提供できない中、OpenResty XRay はシステム全体にわたる深層的な洞察力をご提供いたします。

• ビリビリ動画様はゲートウェイシステムの CPU 使用率 100%、リクエスト停止という重大インシデントをどのように迅速に解決されたのでしょうか？OpenResty XRay によるビリビリ動画様の重大インシデント分析と解決事例をご参照ください。
• 弊社がお客様の Kong サーバーの高CPU問題を解決し、さらにカスタムプラグインの不具合も修正した手法についてご興味はございませんか？本番環境の Kong サービスプロセスにおける CPU とメモリ使用率が最も高いプラグインのリアルタイム特定手法をご確認ください。
• 雲盾（Yundun）様が XRay を活用して半日でメモリ使用量の問題を解決し、メモリ消費を 60% 以上削減された事例について知りたいですか？OpenResty XRay による雲盾様のメモリ問題分析支援事例をご覧ください。

弊社は複雑なシステムも透明かつシンプルに可視化でき、技術チームが効率的かつ余裕をもって業務に取り組めると確信しております。OpenResty XRay はブラックボックスをホワイトボックスへと変換し、根本原因を迅速に特定することで、技術チームを煩雑なトラブルシューティング作業から解放いたします。イノベーションとビジネス成長に注力できる環境を実現すること、それが弊社の継続的な使命でございます。

さらに、OpenResty Inc. では高性能なプライベートライブラリサービスもご提供しており、金融、E コマース、旅行、メディアなど多様な業界向けに、パフォーマンス最適化、セキュリティ対策、データ処理に関する成熟した信頼性の高いソリューションをご用意し、企業様が効率的かつ安全なアプリケーションを迅速に構築できるよう支援しております。

OpenResty XRay について

OpenResty XRay は動的トレーシング製品であり、実行中のアプリケーションを自動的に分析して、パフォーマンスの問題、動作の問題、セキュリティの脆弱性を解決し、実行可能な提案を提供いたします。基盤となる実装において、OpenResty XRay は弊社の Y 言語によって駆動され、Stap+、eBPF+、GDB、ODB など、様々な環境下で複数の異なるランタイムをサポートしております。

著者について

章亦春（Zhang Yichun）は、オープンソースの OpenResty^® プロジェクトの創始者であり、OpenResty Inc. の CEO および創業者です。

章亦春（GitHub ID: agentzh）は中国江蘇省生まれで、現在は米国ベイエリアに在住しております。彼は中国における初期のオープンソース技術と文化の提唱者およびリーダーの一人であり、Cloudflare、Yahoo!、Alibaba など、国際的に有名なハイテク企業に勤務した経験があります。「エッジコンピューティング」、「動的トレーシング」、「機械プログラミング」 の先駆者であり、22 年以上のプログラミング経験と 16 年以上のオープンソース経験を持っております。世界中で 4000 万以上のドメイン名を持つユーザーを抱えるオープンソースプロジェクトのリーダーとして、彼は OpenResty^® オープンソースプロジェクトをベースに、米国シリコンバレーの中心部にハイテク企業 OpenResty Inc. を設立いたしました。同社の主力製品である OpenResty XRay動的トレーシング技術を利用した非侵襲的な障害分析および排除ツール）と OpenResty XRay（マイクロサービスおよび分散トラフィックに最適化された多機能ゲートウェイソフトウェア）は、世界中の多くの上場企業および大企業から高い評価を得ております。OpenResty 以外にも、章亦春は Linux カーネル、Nginx、LuaJIT、GDB、SystemTap、LLVM、Perl など、複数のオープンソースプロジェクトに累計 100 万行以上のコードを寄与し、60 以上のオープンソースソフトウェアライブラリを執筆しております。

翻訳

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