基于?Prometheus?的監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)踐
[導(dǎo)讀]監(jiān)控作為底層基礎(chǔ)設(shè)施的一環(huán)，是保障生產(chǎn)環(huán)境服務(wù)穩(wěn)定性不可或缺的一部分，線上問題從發(fā)現(xiàn)到定位再到解決，通過監(jiān)控和告警手段可以有效地覆蓋了「發(fā)現(xiàn)」和「定位」，甚至可以通過故障自愈等手段實(shí)現(xiàn)解決，服務(wù)開發(fā)和運(yùn)維人員能及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)服務(wù)運(yùn)行的異常，從而更有效率地排查和解決問題。一個(gè)典型的...
監(jiān)控作為底層基礎(chǔ)設(shè)施的一環(huán)，是保障生產(chǎn)環(huán)境服務(wù)穩(wěn)定性不可或缺的一部分，線上問題從發(fā)現(xiàn)到定位再到解決，通過監(jiān)控和告警手段可以有效地覆蓋了「發(fā)現(xiàn)」和「定位」，甚至可以通過故障自愈等手段實(shí)現(xiàn)解決，服務(wù)開發(fā)和運(yùn)維人員能及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)服務(wù)運(yùn)行的異常，從而更有效率地排查和解決問題。一個(gè)典型的監(jiān)控（如白盒監(jiān)控），通常會(huì)關(guān)注于目標(biāo)服務(wù)的內(nèi)部狀態(tài)，例如：
- 單位時(shí)間接收到的請(qǐng)求數(shù)量
- 單位時(shí)間內(nèi)請(qǐng)求的成功率/失敗率
- 請(qǐng)求的平均處理耗時(shí)
- 支持 PromQL（一種查詢語(yǔ)言），可以靈活地聚合指標(biāo)數(shù)據(jù)
- 部署簡(jiǎn)單，只需要一個(gè)二進(jìn)制文件就能跑起來(lái)，不需要依賴分布式存儲(chǔ)
- Go 語(yǔ)言編寫，組件更方便集成在同樣是Go編寫項(xiàng)目代碼中
- 原生自帶 WebUI，通過 PromQL 渲染時(shí)間序列到面板上
- 生態(tài)組件眾多，Alertmanager，Pushgateway，Exporter……
- 使用基礎(chǔ) Unit（如 seconds 而非 milliseconds）
- 指標(biāo)名以 application namespace 作為前綴，如：
- process_cpu_seconds_total
- http_request_duration_seconds
- 用后綴來(lái)描述 Unit，如：
- http_request_duration_seconds
- node_memory_usage_bytes
- http_requests_total
- process_cpu_seconds_total
- foobar_build_info
- Counter：代表一種樣本數(shù)據(jù)單調(diào)遞增的指標(biāo)，即只增不減，通常用來(lái)統(tǒng)計(jì)如服務(wù)的請(qǐng)求數(shù)，錯(cuò)誤數(shù)等。
- Gauge：代表一種樣本數(shù)據(jù)可以任意變化的指標(biāo)，即可增可減，通常用來(lái)統(tǒng)計(jì)如服務(wù)的CPU使用值，內(nèi)存占用值等。
- Histogram?和?Summary：用于表示一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)采樣和點(diǎn)分位圖統(tǒng)計(jì)結(jié)果，通常用來(lái)統(tǒng)計(jì)請(qǐng)求耗時(shí)或響應(yīng)大小等。
http_requests{host="host1",service="web",code="200",env="test"}查詢結(jié)果會(huì)是一個(gè)瞬時(shí)向量：http_requests{host="host1",service="web",code="200",env="test"} 10http_requests{host="host2",service="web",code="200",env="test"} 0http_requests{host="host3",service="web",code="200",env="test"} 12而如果給這個(gè)條件加上一個(gè)時(shí)間參數(shù)，查詢一段時(shí)間內(nèi)的時(shí)間序列：http_requests{host="host1",service="web",code="200",env="test"}[:5m]結(jié)果將會(huì)是一個(gè)范圍向量：http_requests{host="host1",service="web",code="200",env="test"} 0 4 6 8 10http_requests{host="host2",service="web",code="200",env="test"} 0 0 0 0 0http_requests{host="host3",service="web",code="200",env="test"} 0 2 5 9 12擁有了范圍向量，我們是否可以針對(duì)這些時(shí)間序列進(jìn)行一些聚合運(yùn)算呢？沒錯(cuò)，PromQL就是這么干的，比如我們要算最近5分鐘的請(qǐng)求增長(zhǎng)速率，就可以拿上面的范圍向量加上聚合函數(shù)來(lái)做運(yùn)算：rate(http_requests{host="host1",service="web",code="200",env="test"}[:5m])比如要求最近5分鐘請(qǐng)求的增長(zhǎng)量，可以用以下的 PromQL：increase(http_requests{host="host1",service="web",code="200",env="test"}[:5m])要計(jì)算過去10分鐘內(nèi)第90個(gè)百分位數(shù)：histogram_quantile(0.9, rate(employee_age_bucket_bucket[10m]))在 Prometheus 中，一個(gè)指標(biāo)（即擁有唯一的標(biāo)簽集的 metric）和一個(gè)（timestamp，value）組成了一個(gè)樣本（sample），Prometheus 將采集的樣本放到內(nèi)存中，默認(rèn)每隔2小時(shí)將數(shù)據(jù)壓縮成一個(gè) block，持久化到硬盤中，樣本的數(shù)量越多，Prometheus占用的內(nèi)存就越高，因此在實(shí)踐中，一般不建議用區(qū)分度（cardinality）太高的標(biāo)簽，比如：用戶IP，ID，URL地址等等，否則結(jié)果會(huì)造成時(shí)間序列數(shù)以指數(shù)級(jí)別增長(zhǎng)（label數(shù)量相乘）。除了控制樣本數(shù)量和大小合理之外，還可以通過降低 storage.tsdb.min-block-duration 來(lái)加快數(shù)據(jù)落盤時(shí)間和增加 scrape interval 的值提高拉取間隔來(lái)控制 Prometheus 的占用內(nèi)存。通過聲明配置文件中的 scrape_configs 來(lái)指定 Prometheus 在運(yùn)行時(shí)需要拉取指標(biāo)的目標(biāo)，目標(biāo)實(shí)例需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)可以被 Prometheus 進(jìn)行輪詢的端點(diǎn)，而要實(shí)現(xiàn)一個(gè)這樣的接口，可以用來(lái)給 Prometheus 提供監(jiān)控樣本數(shù)據(jù)的獨(dú)立程序一般被稱作為 Exporter，比如用來(lái)拉取操作系統(tǒng)指標(biāo)的 Node Exporter，它會(huì)從操作系統(tǒng)上收集硬件指標(biāo)，供 Prometheus 來(lái)拉取。在開發(fā)環(huán)境，往往只需要部署一個(gè) Prometheus 實(shí)例便可以滿足數(shù)十萬(wàn)指標(biāo)的收集。但在生產(chǎn)環(huán)境中，應(yīng)用和服務(wù)實(shí)例數(shù)量眾多，只部署一個(gè) Prometheus 實(shí)例通常是不夠的，比較好的做法是部署多個(gè)Prometheus實(shí)例，每個(gè)實(shí)例通過分區(qū)只拉取一部分指標(biāo)，例如Prometheus Relabel配置中的hashmod功能，可以對(duì)拉取目標(biāo)的地址進(jìn)行hashmod，再將結(jié)果匹配自身ID的目標(biāo)保留：relabel_configs:- source_labels: [__address__] modulus: 3 target_label: __tmp_hash action: hashmod- source_labels: [__tmp_hash] regex: $(PROM_ID) action: keep或者說(shuō)，我們想讓每個(gè) Prometheus 拉取一個(gè)集群的指標(biāo)，一樣可以用 Relabel 來(lái)完成：relabel_configs:- source_labels: ["__meta_consul_dc"] regex: "dc1" action: keep現(xiàn)在每個(gè) Prometheus 都有各自的數(shù)據(jù)了，那么怎么把他們關(guān)聯(lián)起來(lái)，建立一個(gè)全局的視圖呢？官方提供了一個(gè)做法：聯(lián)邦集群（federation），即把 Prometheuse Server 按照樹狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分層，根節(jié)點(diǎn)方向的 Prometheus 將查詢?nèi)~子節(jié)點(diǎn)的 Prometheus 實(shí)例，再將指標(biāo)聚合返回。不過顯然易見的時(shí)，使用聯(lián)邦集群依然不能解決問題，首先單點(diǎn)問題依然存在，根節(jié)點(diǎn)掛了的話查詢將會(huì)變得不可用，如果配置多個(gè)父節(jié)點(diǎn)的話又會(huì)造成數(shù)據(jù)冗余和抓取時(shí)機(jī)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致等問題，而且葉子節(jié)點(diǎn)目標(biāo)數(shù)量太多時(shí)，更加會(huì)容易使父節(jié)點(diǎn)壓力增大以至打滿宕機(jī)，除此之外規(guī)則配置管理也是個(gè)大麻煩。還好社區(qū)出現(xiàn)了一個(gè) Prometheus 的集群解決方案：Thanos，它提供了全局查詢視圖，可以從多臺(tái)Prometheus查詢和聚合數(shù)據(jù)，因?yàn)樗羞@些數(shù)據(jù)均可以從單個(gè)端點(diǎn)獲取。- Querier 收到一個(gè)請(qǐng)求時(shí)，它會(huì)向相關(guān)的 Sidecar 發(fā)送請(qǐng)求，并從他們的 Prometheus 服務(wù)器獲取時(shí)間序列數(shù)據(jù)。
- 它將這些響應(yīng)的數(shù)據(jù)聚合在一起，并對(duì)它們執(zhí)行 PromQL 查詢。它可以聚合不相交的數(shù)據(jù)也可以針對(duì) Prometheus 的高可用組進(jìn)行數(shù)據(jù)去重。
為了部署 Prometheus 實(shí)例，需要聲明 Prometheus 的 StatefulSet，Pod 中包括了三個(gè)容器，分別是 Prometheus 以及綁定的 Thanos Sidecar，最后再加入一個(gè) watch 容器，來(lái)監(jiān)聽 prometheus 配置文件的變化，當(dāng)修改 ConfigMap 時(shí)就可以自動(dòng)調(diào)用Prometheus 的 Reload API 完成配置加載，這里按照之前提到的數(shù)據(jù)分區(qū)的方式，在Prometheus 啟動(dòng)前加入一個(gè)環(huán)境變量 PROM_ID，作為 Relabel 時(shí) hashmod 的標(biāo)識(shí)，而 POD_NAME 用作 Thanos Sidecar 給 Prometheus 指定的 external_labels.replica 來(lái)使用：
apiVersion: apps/v1kind: StatefulSetmetadata: name: prometheus labels: app: prometheusspec: serviceName: "prometheus" updateStrategy: type: RollingUpdate replicas: 3 selector: matchLabels: app: prometheus template: metadata: labels: app: prometheus thanos-store-api: "true" spec: serviceAccountName: prometheus volumes: - name: prometheus-config configMap: name: prometheus-config - name: prometheus-data hostPath: path: /data/prometheus - name: prometheus-config-shared emptyDir: {} containers: - name: prometheus image: prom/prometheus:v2.11.1 args: - --config.file=/etc/prometheus-shared/prometheus.yml - --web.enable-lifecycle - --storage.tsdb.path=/data/prometheus - --storage.tsdb.retention=2w - --storage.tsdb.min-block-duration=2h - --storage.tsdb.max-block-duration=2h - --web.enable-admin-api ports: - name: http containerPort: 9090 volumeMounts: - name: prometheus-config-shared mountPath: /etc/prometheus-shared - name: prometheus-data mountPath: /data/prometheus livenessProbe: httpGet: path: /-/healthy port: http - name: watch image: watch args: ["-v", "-t", "-p=/etc/prometheus-shared", "curl", "-X", "POST", "--fail", "-o", "-", "-sS", "http://localhost:9090/-/reload"] volumeMounts: - name: prometheus-config-shared mountPath: /etc/prometheus-shared - name: thanos image: improbable/thanos:v0.6.0 command: ["/bin/sh", "-c"] args: - PROM_ID=`echo $POD_NAME| rev | cut -d '-' -f1` /bin/thanos sidecar --prometheus.url=http://localhost:9090 --reloader.config-file=/etc/prometheus/prometheus.yml.tmpl --reloader.config-envsubst-file=/etc/prometheus-shared/prometheus.yml env: - name: POD_NAME valueFrom: fieldRef: fieldPath: metadata.name ports: - name: http-sidecar containerPort: 10902 - name: grpc containerPort: 10901 volumeMounts: - name: prometheus-config mountPath: /etc/prometheus - name: prometheus-config-shared mountPath: /etc/prometheus-shared因?yàn)?Prometheus 默認(rèn)是沒辦法訪問 Kubernetes 中的集群資源的，因此需要為之分配RBAC：apiVersion: v1kind: ServiceAccountmetadata: name: prometheus---kind: ClusterRoleapiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1metadata: name: prometheus namespace: default labels: app: prometheusrules:- apiGroups: [""] resources: ["services", "pods", "nodes", "nodes/proxy", "endpoints"] verbs: ["get", "list", "watch"]- apiGroups: [""] resources: ["configmaps"] verbs: ["create"]- apiGroups: [""] resources: ["configmaps"] resourceNames: ["prometheus-config"] verbs: ["get", "update", "delete"]- nonResourceURLs: ["/metrics"] verbs: ["get"]---kind: ClusterRoleBindingapiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1metadata: name: prometheus namespace: default labels: app: prometheussubjects:- kind: ServiceAccount name: prometheus namespace: defaultroleRef: kind: ClusterRole name: prometheus apiGroup: ""接著 Thanos Querier 的部署比較簡(jiǎn)單，需要在啟動(dòng)時(shí)指定 store 的參數(shù)為dnssrv thanos-store-gateway.default.svc來(lái)發(fā)現(xiàn)Sidecar：apiVersion: apps/v1kind: Deploymentmetadata: labels: app: thanos-query name: thanos-queryspec: replicas: 2 selector: matchLabels: app: thanos-query minReadySeconds: 5 strategy: type: RollingUpdate rollingUpdate: maxSurge: 1 maxUnavailable: 1 template: metadata: labels: app: thanos-query spec: containers: - args: - query - --log.level=debug - --query.timeout=2m - --query.max-concurrent=20 - --query.replica-label=replica - --query.auto-downsampling - --store=dnssrv thanos-store-gateway.default.svc - --store.sd-dns-interval=30s image: improbable/thanos:v0.6.0 name: thanos-query ports: - containerPort: 10902 name: http - containerPort: 10901 name: grpc livenessProbe: httpGet: path: /-/healthy port: http---apiVersion: v1kind: Servicemetadata: labels: app: thanos-query name: thanos-queryspec: type: LoadBalancer ports: - name: http port: 10901 targetPort: http selector: app: thanos-query---apiVersion: v1kind: Servicemetadata: labels: thanos-store-api: "true" name: thanos-store-gatewayspec: type: ClusterIP clusterIP: None ports: - name: grpc port: 10901 targetPort: grpc selector: thanos-store-api: "true"部署Thanos Ruler：apiVersion: apps/v1kind: Deploymentmetadata: labels: app: thanos-rule name: thanos-rulespec: replicas: 1 selector: matchLabels: app: thanos-rule template: metadata: labels: labels: app: thanos-rule spec: containers: - name: thanos-rule image: improbable/thanos:v0.6.0 args: - rule - --web.route-prefix=/rule - --web.external-prefix=/rule - --log.level=debug - --eval-interval=15s - --rule-file=/etc/rules/thanos-rule.yml - --query=dnssrv thanos-query.default.svc - --alertmanagers.url=dns http://alertmanager.default ports: - containerPort: 10902 name: http volumeMounts: - name: thanos-rule-config mountPath: /etc/rules volumes: - name: thanos-rule-config configMap: name: thanos-rule-config部署 Pushgateway：apiVersion: apps/v1kind: Deploymentmetadata: labels: app: pushgateway name: pushgatewayspec: replicas: 15 selector: matchLabels: app: pushgateway template: metadata: labels: app: pushgateway spec: containers: - image: prom/pushgateway:v1.0.0 name: pushgateway ports: - containerPort: 9091 name: http resources: limits: memory: 1Gi requests: memory: 512Mi---apiVersion: v1kind: Servicemetadata: labels: app: pushgateway name: pushgatewayspec: type: LoadBalancer ports: - name: http port: 9091 targetPort: http selector: app: pushgateway部署 Alertmanager：apiVersion: apps/v1kind: Deploymentmetadata: name: alertmanagerspec: replicas: 3 selector: matchLabels: app: alertmanager template: metadata: name: alertmanager labels: app: alertmanager spec: containers: - name: alertmanager image: prom/alertmanager:latest args: - --web.route-prefix=/alertmanager - --config.file=/etc/alertmanager/config.yml - --storage.path=/alertmanager - --cluster.listen-address=0.0.0.0:8001 - --cluster.peer=alertmanager-peers.default:8001 ports: - name: alertmanager containerPort: 9093 volumeMounts: - name: alertmanager-config mountPath: /etc/alertmanager - name: alertmanager mountPath: /alertmanager volumes: - name: alertmanager-config configMap: name: alertmanager-config - name: alertmanager emptyDir: {}---apiVersion: v1kind: Servicemetadata: labels: name: alertmanager-peers name: alertmanager-peersspec: type: ClusterIP clusterIP: None selector: app: alertmanager ports: - name: alertmanager protocol: TCP port: 9093 targetPort: 9093最后部署一下 ingress，大功告成：apiVersion: extensions/v1beta1kind: Ingressmetadata: name: pushgateway-ingress annotations: kubernetes.io/ingress.class: "nginx" nginx.ingress.kubernetes.io/upstream-hash-by: "$request_uri" nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: "false"spec: rules: - host: $(DOMAIN) http: paths: - backend: serviceName: pushgateway servicePort: 9091 path: /metrics---apiVersion: extensions/v1beta1kind: Ingressmetadata: name: prometheus-ingress annotations: kubernetes.io/ingress.class: "nginx"spec: rules: - host: $(DOMAIN) http: paths: - backend: serviceName: thanos-query servicePort: 10901 path: / - backend: serviceName: alertmanager servicePort: 9093 path: /alertmanager - backend: serviceName: thanos-rule servicePort: 10092 path: /rule - backend: serviceName: grafana servicePort: 3000 path: /grafana訪問 Prometheus 地址，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)狀態(tài)正常：來(lái)源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/101184971
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