基于?Prometheus?的監(jiān)控系統(tǒng)實踐
[導讀]監(jiān)控作為底層基礎設施的一環(huán)，是保障生產環(huán)境服務穩(wěn)定性不可或缺的一部分，線上問題從發(fā)現到定位再到解決，通過監(jiān)控和告警手段可以有效地覆蓋了「發(fā)現」和「定位」，甚至可以通過故障自愈等手段實現解決，服務開發(fā)和運維人員能及時有效地發(fā)現服務運行的異常，從而更有效率地排查和解決問題。一個典型的...
監(jiān)控作為底層基礎設施的一環(huán)，是保障生產環(huán)境服務穩(wěn)定性不可或缺的一部分，線上問題從發(fā)現到定位再到解決，通過監(jiān)控和告警手段可以有效地覆蓋了「發(fā)現」和「定位」，甚至可以通過故障自愈等手段實現解決，服務開發(fā)和運維人員能及時有效地發(fā)現服務運行的異常，從而更有效率地排查和解決問題。一個典型的監(jiān)控（如白盒監(jiān)控），通常會關注于目標服務的內部狀態(tài)，例如：
- 單位時間接收到的請求數量
- 單位時間內請求的成功率/失敗率
- 請求的平均處理耗時
- 支持 PromQL（一種查詢語言），可以靈活地聚合指標數據
- 部署簡單，只需要一個二進制文件就能跑起來，不需要依賴分布式存儲
- Go 語言編寫，組件更方便集成在同樣是Go編寫項目代碼中
- 原生自帶 WebUI，通過 PromQL 渲染時間序列到面板上
- 生態(tài)組件眾多，Alertmanager，Pushgateway，Exporter……
- 使用基礎 Unit（如 seconds 而非 milliseconds）
- 指標名以 application namespace 作為前綴，如：
- process_cpu_seconds_total
- http_request_duration_seconds
- 用后綴來描述 Unit，如：
- http_request_duration_seconds
- node_memory_usage_bytes
- http_requests_total
- process_cpu_seconds_total
- foobar_build_info
- Counter：代表一種樣本數據單調遞增的指標，即只增不減，通常用來統(tǒng)計如服務的請求數，錯誤數等。
- Gauge：代表一種樣本數據可以任意變化的指標，即可增可減，通常用來統(tǒng)計如服務的CPU使用值，內存占用值等。
- Histogram?和?Summary：用于表示一段時間內的數據采樣和點分位圖統(tǒng)計結果，通常用來統(tǒng)計請求耗時或響應大小等。
http_requests{host="host1",service="web",code="200",env="test"}查詢結果會是一個瞬時向量：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而如果給這個條件加上一個時間參數，查詢一段時間內的時間序列：http_requests{host="host1",service="web",code="200",env="test"}[:5m]結果將會是一個范圍向量：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，我們是否可以針對這些時間序列進行一些聚合運算呢？沒錯，PromQL就是這么干的，比如我們要算最近5分鐘的請求增長速率，就可以拿上面的范圍向量加上聚合函數來做運算：rate(http_requests{host="host1",service="web",code="200",env="test"}[:5m])比如要求最近5分鐘請求的增長量，可以用以下的 PromQL：increase(http_requests{host="host1",service="web",code="200",env="test"}[:5m])要計算過去10分鐘內第90個百分位數：histogram_quantile(0.9, rate(employee_age_bucket_bucket[10m]))在 Prometheus 中，一個指標（即擁有唯一的標簽集的 metric）和一個（timestamp，value）組成了一個樣本（sample），Prometheus 將采集的樣本放到內存中，默認每隔2小時將數據壓縮成一個 block，持久化到硬盤中，樣本的數量越多，Prometheus占用的內存就越高，因此在實踐中，一般不建議用區(qū)分度（cardinality）太高的標簽，比如：用戶IP，ID，URL地址等等，否則結果會造成時間序列數以指數級別增長（label數量相乘）。除了控制樣本數量和大小合理之外，還可以通過降低 storage.tsdb.min-block-duration 來加快數據落盤時間和增加 scrape interval 的值提高拉取間隔來控制 Prometheus 的占用內存。通過聲明配置文件中的 scrape_configs 來指定 Prometheus 在運行時需要拉取指標的目標，目標實例需要實現一個可以被 Prometheus 進行輪詢的端點，而要實現一個這樣的接口，可以用來給 Prometheus 提供監(jiān)控樣本數據的獨立程序一般被稱作為 Exporter，比如用來拉取操作系統(tǒng)指標的 Node Exporter，它會從操作系統(tǒng)上收集硬件指標，供 Prometheus 來拉取。在開發(fā)環(huán)境，往往只需要部署一個 Prometheus 實例便可以滿足數十萬指標的收集。但在生產環(huán)境中，應用和服務實例數量眾多，只部署一個 Prometheus 實例通常是不夠的，比較好的做法是部署多個Prometheus實例，每個實例通過分區(qū)只拉取一部分指標，例如Prometheus Relabel配置中的hashmod功能，可以對拉取目標的地址進行hashmod，再將結果匹配自身ID的目標保留：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，我們想讓每個 Prometheus 拉取一個集群的指標，一樣可以用 Relabel 來完成：relabel_configs:- source_labels: ["__meta_consul_dc"] regex: "dc1" action: keep現在每個 Prometheus 都有各自的數據了，那么怎么把他們關聯(lián)起來，建立一個全局的視圖呢？官方提供了一個做法：聯(lián)邦集群（federation），即把 Prometheuse Server 按照樹狀結構進行分層，根節(jié)點方向的 Prometheus 將查詢葉子節(jié)點的 Prometheus 實例，再將指標聚合返回。不過顯然易見的時，使用聯(lián)邦集群依然不能解決問題，首先單點問題依然存在，根節(jié)點掛了的話查詢將會變得不可用，如果配置多個父節(jié)點的話又會造成數據冗余和抓取時機導致數據不一致等問題，而且葉子節(jié)點目標數量太多時，更加會容易使父節(jié)點壓力增大以至打滿宕機，除此之外規(guī)則配置管理也是個大麻煩。還好社區(qū)出現了一個 Prometheus 的集群解決方案：Thanos，它提供了全局查詢視圖，可以從多臺Prometheus查詢和聚合數據，因為所有這些數據均可以從單個端點獲取。- Querier 收到一個請求時，它會向相關的 Sidecar 發(fā)送請求，并從他們的 Prometheus 服務器獲取時間序列數據。
- 它將這些響應的數據聚合在一起，并對它們執(zhí)行 PromQL 查詢。它可以聚合不相交的數據也可以針對 Prometheus 的高可用組進行數據去重。
為了部署 Prometheus 實例，需要聲明 Prometheus 的 StatefulSet，Pod 中包括了三個容器，分別是 Prometheus 以及綁定的 Thanos Sidecar，最后再加入一個 watch 容器，來監(jiān)聽 prometheus 配置文件的變化，當修改 ConfigMap 時就可以自動調用Prometheus 的 Reload API 完成配置加載，這里按照之前提到的數據分區(qū)的方式，在Prometheus 啟動前加入一個環(huán)境變量 PROM_ID，作為 Relabel 時 hashmod 的標識，而 POD_NAME 用作 Thanos Sidecar 給 Prometheus 指定的 external_labels.replica 來使用：
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因為 Prometheus 默認是沒辦法訪問 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 的部署比較簡單，需要在啟動時指定 store 的參數為dnssrv thanos-store-gateway.default.svc來發(fā)現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)點狀態(tài)正常：來源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/101184971
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