Distributed Tracing Out-of-Band: Korelasi Trace Implisit Berbasis eBPF untuk Mikroservis Poliglot

Alexander Adam Mukhaer, Dr. Mardhani Riasetiawan, SE Ak, M.T.; Muhammad Oriza Nurfajri, S.Kom., M.IT

2026 | Skripsi | ILMU KOMPUTER

Distributed tracing merupakan komponen utama observabilitas sistem mikroservis, namun pendekatan instrumentasi aplikasi yang dominan membebani kinerja sekaligus menuntut upaya pengembang yang signifikan, terutama pada lingkungan poliglot. Penelitian ini merancang, mengimplementasikan, dan mengevaluasi SonarProbe, sebuah prototipe distributed tracing berbasis eBPF yang mengamati komunikasi antar-layanan pada transport layer (L4) secara non-intrusif dan agnostik terhadap protokol.

Sistem tidak menyuntikkan konteks trace; korelasi antar-layanan dilakukan secara implisit melalui pencocokan koneksi dan penilaian temporal, sedangkan korelasi intra-layanan memanfaatkan uprobe spesifik-runtime. Evaluasi pada testbed poliglot enam layanan dalam lima bahasa (HTTP/1.1, gRPC/HTTP-2, PostgreSQL, AMQP) menggunakan SDK OpenTelemetry sebagai ground truth pada variasi beban single-node dan multi-node untuk plaintext dan TLS.

Akurasi rekonstruksi trace mencapai 87,1–99,2% pada rentang 1–16 rps dengan presisi 100% pada rentang beban operasional 1–32 rps (tanpa edge palsu). Lalu lintas TLS tidak menurunkan akurasi. Overhead memori dan latensi jauh lebih rendah daripada SDK, namun CPU membentuk titik silang yang melampaui SDK pada beban tinggi. Berdasarkan temuan, pendekatan ini paling sesuai untuk skenario yang mengutamakan ketepatan struktural relasi antar-layanan, seperti service dependency mapping, maupun lingkungan yang didominasi TLS dan poliglot, dibandingkan sebagai pengganti instrumentasi produksi pada throughput tinggi, dengan batas akurasi korelasi implisit sebagai trade-off yang diterima.

Distributed tracing is an essential component of microservice observability, yet the dominant application-instrumentation approach incurs performance overhead and requires significant developer effort, especially in polyglot environments. This research designs, implements, and evaluates SonarProbe, an eBPF-based distributed tracing prototype that observes inter-service communication at the transport layer (L4) non-intrusively and protocol-agnostically.

The system does not inject trace context; inter-service correlation is performed implicitly through connection matching and temporal scoring, while intra-service correlation relies on runtime-specific uprobes. Evaluation was conducted on a polyglot testbed of six services across five languages (HTTP/1.1, gRPC/HTTP-2, PostgreSQL, AMQP) using the OpenTelemetry SDK as ground truth under varied load in single-node and multi-node modes for both plaintext and TLS.

Trace-reconstruction accuracy reached 87.1–99.2% at 1–16 rps with 100% precision at operational loads of 1–32 rps (no spurious edges). TLS traffic did not degrade accuracy. Memory and latency overhead were far lower than the SDK, but CPU formed a crossover that exceeded the SDK under high load. The findings indicate that this approach is most suitable for scenarios prioritizing structural accuracy of inter-service relations, such as service dependency mapping, rather than as a production-instrumentation replacement under high throughput, with implicit-correlation accuracy bounds as a known limitation of the non-intrusive design.

Kata Kunci : eBPF, distributed tracing, out-of-band, mikroservis poliglot, polyglot microservices, lintas-protokol, protocol-agnostic, korelasi implisit, implicit correlation