050.集群管理-Prometheus+Grafana监控方案

一 Prometheus概述

1.1 Prometheus简介

Prometheus是由SoundCloud公司开发的开源监控系统,是继Kubernetes之后CNCF第2个毕业的项目,在容器和微服务领域得到了广泛应用。Prometheus的主要特点如下:

  • 使用指标名称及键值对标识的多维度数据模型。
  • 采用灵活的查询语言PromQL。
  • 不依赖分布式存储,为自治的单节点服务。
  • 使用HTTP完成对监控数据的拉取。
  • 支持通过网关推送时序数据。
  • 支持多种图形和Dashboard的展示,例如Grafana。

Prometheus生态系统由各种组件组成,用于功能的扩充。

  • Prometheus Server:负责监控数据采集和时序数据存储,并提供数据查询功能。
  • 客户端SDK:对接Prometheus的开发工具包。
  • Push Gateway:推送数据的网关组件。
  • 第三方Exporter:各种外部指标收集系统,其数据可以被Prometheus采集。
  • AlertManager:告警管理器。
  • 其他辅助支持工具。

Prometheus的核心组件Prometheus Server的主要功能包括:

  • 从Kubernetes Master获取需要监控的资源或服务信息;
  • 从各种Exporter抓取(Pull)指标数据,然后将指标数据保存在时序数据库(TSDB)中;
  • 向其他系统提供HTTP API进行查询;
  • 提供基于PromQL语言的数据查询;
  • 可以将告警数据推送(Push)给AlertManager,等等。

1.2 Prometheus组件架构图

Prometheus 直接从jobs接收或者通过中间的 Pushgateway 网关被动获取指标数据,在本地存储所有获取的指标数据,并对这些数据进行一些规则整理,用来生成一些聚合数据或者报警信息,然后可以通过 Grafana 或者其他工具来可视化这些数据。

其工作流程大致如下:

  1. Prometheus 服务器定期从配置好的 jobs 或者 exporters 中获取度量数据;或者接收来自推送网关发送过来的度量数据。
  2. Prometheus 服务器在本地存储收集到的度量数据,并对这些数据进行聚合;
  3. 运行已定义好的 alert.rules,记录新的时间序列或者向告警管理器推送警报。
  4. 告警管理器根据配置文件,对接收到的警报进行处理,并通过email等途径发出告警。
  5. Grafana等图形工具获取到监控数据,并以图形化的方式进行展示。

1.3 Prometheus监控粒度

Prometheus作为监控系统主要在以下各层面实现监控:

  • 基础设施层:监控各个主机服务器资源(包括Kubernetes的Node和非Kubernetes的Node),如CPU,内存,网络吞吐和带宽占用,磁盘I/O和磁盘使用等指标。
  • 中间件层:监控独立部署于Kubernetes集群之外的中间件,例如:MySQL、Redis、RabbitMQ、ElasticSearch、Nginx等。
  • Kubernetes集群:监控Kubernetes集群本身的关键指标
  • Kubernetes集群上部署的应用:监控部署在Kubernetes集群上的应用

二 Prometheus相关概念

2.1 数据模型

Prometheus从根本上将所有数据存储为时间序列:属于相同度量标准和同一组标注尺寸的时间戳值流。除了存储的时间序列之外,Prometheus可能会生成临时派生时间序列作为查询的结果。

  • 度量名称和标签

每个时间序列都是由度量标准名称和一组键值对(也称为标签)组成唯一标识。度量名称指定被测量的系统的特征(例如:http_requests_total-接收到的HTTP请求的总数)。它可以包含ASCII字母和数字,以及下划线和冒号。它必须匹配正则表达式[a-zA-Z_:][a-zA-Z0-9_:]*。

标签启用Prometheus的维度数据模型:对于相同度量标准名称,任何给定的标签组合都标识该度量标准的特定维度实例。查询语言允许基于这些维度进行筛选和聚合。更改任何标签值(包括添加或删除标签)都会创建新的时间序列。标签名称可能包含ASCII字母,数字以及下划线。他们必须匹配正则表达式[a-zA-Z_][a-zA-Z0-9_]*。以__开始的标签名称保留给供内部使用。

  • 样本

实际的时间序列,每个序列包括:一个 float64 的值和一个毫秒级的时间戳。

  • 格式

给定度量标准名称和一组标签,时间序列通常使用以下格式来标识:<metric name>{<label name>=<label value>, …}

例如,时间序列的度量名称为api_http_requests_total,标签method=”POST”和handler=”/messages”,则标记为:

api_http_requests_total{method="POST", handler="/messages"}

2.2 度量类型

Prometheus 客户端库主要提供Counter、Gauge、Histogram和Summery四种主要的 metric 类型:

  • Counter(计算器)

Counter是一种累加的度量,它的值只能增加或在重新启动时重置为零。例如,可以使用计数器来表示提供的请求数,已完成的任务或错误的数量。不要使用计数器来表达可减少的值。例如,不要使用Counter来计算当前正在运行的进程的数量,而是使用Gauge。

  • Gauge(测量)

Gauge表示单个数值,表达可以任意地上升和下降的度量。Gauge通常用于测量值,例如温度或当前的内存使用情况,但也可以表达上升和下降的“计数”,如正在运行的goroutines的数量。

  • Histogram(直方图)

Histogram样本观测(例如:请求持续时间或响应大小),并将它们计入配置的桶中。它也提供所有观测值的总和。具有<basename>基本度量标准名称的histogram的在获取数据期间会显示多个时间序列:

  • 观察桶的累计计数器,暴露为 <basename>_bucket{le=”<upper inclusive bound>”}
  • 所有观察值的总和,暴露为<basename>_sum
  • 已观察到的事件的计数,暴露为<basename>_count(等同于<basename>_bucket{le=”+Inf”})
  • Summery:类似于Histogram,Summery样本观察(通常是请求持续时间和响应大小)。虽然它也提供观测总数和所有观测值的总和,但它计算滑动时间窗内的可配置分位数。在获取数据期间,具有<basename>基本度量标准名称的Summery会显示多个时间序列:
    • 流动φ分位数(0≤φ≤1)的观察事件,暴露为<basename>{quantile=”<φ>”}
    • 所有观察值的总和,暴露为<basename>_sum
    • 已经观察到的事件的计数,暴露为<basename>_count

2.3 工作和实例

在Prometheus中,可以获取数据的端点被称为实例(instance),通常对应于一个单一的进程。具有相同目的的实例集合(例如为了可伸缩性或可靠性而复制的进程)称为作业(job)。

2.4 标签和时间序列

当Prometheus获取目标时,它会自动附加一些标签到所获取的时间序列中,以识别获取目标:

  • job:目标所属的配置作业名称。
  • instance:<host>:<port>被抓取的目标网址部分。

如果这些标签中的任何一个已经存在于抓取的数据中,则行为取决于honor_labels配置选项。对于每个实例抓取,Prometheus会在以下时间序列中存储一个样本:

  • up{job=”<job-name>”, instance=”<instance-id>”}:1 如果实例健康,即可达;或者0抓取失败。
  • scrape_duration_seconds{job=”<job-name>”, instance=”<instance-id>”}:抓取的持续时间。
  • scrape_samples_post_metric_relabeling{job=”<job-name>”, instance=”<instance-id>”}:应用度量标准重新标记后剩余的样本数。
  • scrape_samples_scraped{job=”<job-name>”, instance=”<instance-id>”}:目标暴露的样本数量。

up时间序列是实例可用性的监控。

三 Prometheus部署

3.1 创建命名空间

[[email protected] study]# vi monitor-namespace.yaml

  1 apiVersion: v1    2 kind: Namespace    3 metadata:    4   name: monitoring    5 

[[email protected] study]# kubectl create -f monitor-namespace.yaml

3.2 获取部署文件

[[email protected] study]# git clone https://github.com/prometheus/prometheus

3.3 创建RBAC

[[email protected] ~]# cd prometheus/documentation/examples/

[[email protected] examples]# vi rbac-setup.yml

  1 apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1    2 kind: ClusterRole    3 metadata:    4   name: prometheus    5 rules:    6 - apiGroups: [""]    7   resources:    8   - nodes    9   - nodes/proxy   10   - services   11   - endpoints   12   - pods   13   verbs: ["get", "list", "watch"]   14 - apiGroups:   15   - extensions   16   resources:   17   - ingresses   18   verbs: ["get", "list", "watch"]   19 - nonResourceURLs: ["/metrics"]   20   verbs: ["get"]   21 ---   22 apiVersion: v1   23 kind: ServiceAccount   24 metadata:   25   name: prometheus   26   namespace: monitoring               #修改命名空间   27 ---   28 apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1   29 kind: ClusterRoleBinding   30 metadata:   31   name: prometheus   32 roleRef:   33   apiGroup: rbac.authorization.k8s.io   34   kind: ClusterRole   35   name: prometheus   36 subjects:   37 - kind: ServiceAccount   38   name: prometheus   39   namespace: monitoring               #修改命名空间   40 

[[email protected] examples]# kubectl create -f rbac-setup.yml

3.4 创建Prometheus ConfigMap

[[email protected] examples]# cat prometheus-kubernetes.yml | grep -v ^$ | grep -v "#" >> prometheus-config.yaml

[[email protected] examples]# vi prometheus-config.yaml

  1 apiVersion: v1    2 kind: ConfigMap    3 metadata:    4   name: prometheus-server-conf    5   labels:    6     name: prometheus-server-conf    7   namespace: monitoring               #修改命名空间    8 data:    9   prometheus.yml: |-   10     global:   11       scrape_interval: 10s   12       evaluation_interval: 10s   13   14     scrape_configs:   15       - job_name: 'kubernetes-apiservers'   16         kubernetes_sd_configs:   17         - role: endpoints   18         scheme: https   19         tls_config:   20           ca_file: /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/ca.crt   21         bearer_token_file: /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/token   22         relabel_configs:   23         - source_labels: [__meta_kubernetes_namespace, __meta_kubernetes_service_name, __meta_kubernetes_endpoint_port_name]   24           action: keep   25           regex: default;kubernetes;https   26   27       - job_name: 'kubernetes-nodes'   28         scheme: https   29         tls_config:   30           ca_file: /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/ca.crt   31         bearer_token_file: /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/token   32         kubernetes_sd_configs:   33         - role: node   34         relabel_configs:   35         - action: labelmap   36           regex: __meta_kubernetes_node_label_(.+)   37         - target_label: __address__   38           replacement: kubernetes.default.svc:443   39         - source_labels: [__meta_kubernetes_node_name]   40           regex: (.+)   41           target_label: __metrics_path__   42           replacement: /api/v1/nodes/${1}/proxy/metrics   43   44       - job_name: 'kubernetes-cadvisor'   45         scheme: https   46         tls_config:   47           ca_file: /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/ca.crt   48         bearer_token_file: /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/token   49         kubernetes_sd_configs:   50         - role: node   51         relabel_configs:   52         - action: labelmap   53           regex: __meta_kubernetes_node_label_(.+)   54         - target_label: __address__   55           replacement: kubernetes.default.svc:443   56         - source_labels: [__meta_kubernetes_node_name]   57           regex: (.+)   58           target_label: __metrics_path__   59           replacement: /api/v1/nodes/${1}/proxy/metrics/cadvisor   60   61       - job_name: 'kubernetes-service-endpoints'   62         kubernetes_sd_configs:   63         - role: endpoints   64         relabel_configs:   65         - source_labels: [__meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_scrape]   66           action: keep   67           regex: true   68         - source_labels: [__meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_scheme]   69           action: replace   70           target_label: __scheme__   71           regex: (https?)   72         - source_labels: [__meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_path]   73           action: replace   74           target_label: __metrics_path__   75           regex: (.+)   76         - source_labels: [__address__, __meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_port]   77           action: replace   78           target_label: __address__   79           regex: ([^:]+)(?::d+)?;(d+)   80           replacement: $1:$2   81         - action: labelmap   82           regex: __meta_kubernetes_service_label_(.+)   83         - source_labels: [__meta_kubernetes_namespace]   84           action: replace   85           target_label: kubernetes_namespace   86         - source_labels: [__meta_kubernetes_service_name]   87           action: replace   88           target_label: kubernetes_name   89   90       - job_name: 'kubernetes-services'   91         metrics_path: /probe   92         params:   93           module: [http_2xx]   94         kubernetes_sd_configs:   95         - role: service   96         relabel_configs:   97         - source_labels: [__meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_probe]   98           action: keep   99           regex: true  100         - source_labels: [__address__]  101           target_label: __param_target  102         - target_label: __address__  103           replacement: blackbox-exporter.example.com:9115  104         - source_labels: [__param_target]  105           target_label: instance  106         - action: labelmap  107           regex: __meta_kubernetes_service_label_(.+)  108         - source_labels: [__meta_kubernetes_namespace]  109           target_label: kubernetes_namespace  110         - source_labels: [__meta_kubernetes_service_name]  111           target_label: kubernetes_name  112  113       - job_name: 'kubernetes-ingresses'  114         kubernetes_sd_configs:  115         - role: ingress  116         relabel_configs:  117         - source_labels: [__meta_kubernetes_ingress_annotation_prometheus_io_probe]  118           action: keep  119           regex: true  120         - source_labels: [__meta_kubernetes_ingress_scheme,__address__,__meta_kubernetes_ingress_path]  121           regex: (.+);(.+);(.+)  122           replacement: ${1}://${2}${3}  123           target_label: __param_target  124         - target_label: __address__  125           replacement: blackbox-exporter.example.com:9115  126         - source_labels: [__param_target]  127           target_label: instance  128         - action: labelmap  129           regex: __meta_kubernetes_ingress_label_(.+)  130         - source_labels: [__meta_kubernetes_namespace]  131           target_label: kubernetes_namespace  132         - source_labels: [__meta_kubernetes_ingress_name]  133           target_label: kubernetes_name  134  135       - job_name: 'kubernetes-pods'  136         kubernetes_sd_configs:  137         - role: pod  138         relabel_configs:  139         - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_scrape]  140           action: keep  141           regex: true  142         - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_path]  143           action: replace  144           target_label: __metrics_path__  145           regex: (.+)  146         - source_labels: [__address__, __meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_port]  147           action: replace  148           regex: ([^:]+)(?::d+)?;(d+)  149           replacement: $1:$2  150           target_label: __address__  151         - action: labelmap  152           regex: __meta_kubernetes_pod_label_(.+)  153         - source_labels: [__meta_kubernetes_namespace]  154           action: replace  155           target_label: kubernetes_namespace  156         - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_name]  157           action: replace  158           target_label: kubernetes_pod_name  159 

[[email protected] examples]# kubectl create -f prometheus-config.yaml

3.5 创建Prometheus Deployment

[[email protected] examples]# vi prometheus-deployment.yml

  1 apiVersion: apps/v1beta2    2 kind: Deployment    3 metadata:    4   labels:    5     name: prometheus-deployment    6   name: prometheus-server    7   namespace: monitoring    8 spec:    9   replicas: 1   10   selector:   11     matchLabels:   12       app: prometheus-server   13   template:   14     metadata:   15       labels:   16         app: prometheus-server   17     spec:   18       containers:   19         - name: prometheus-server   20           image: prom/prometheus:v2.14.0   21           command:   22           - "/bin/prometheus"   23           args:   24             - "--config.file=/etc/prometheus/prometheus.yml"   25             - "--storage.tsdb.path=/prometheus/"   26             - "--storage.tsdb.retention=72h"   27           ports:   28             - containerPort: 9090   29               protocol: TCP   30           volumeMounts:   31             - name: prometheus-config-volume   32               mountPath: /etc/prometheus/   33             - name: prometheus-storage-volume   34               mountPath: /prometheus/   35       serviceAccountName: prometheus   36       imagePullSecrets:   37         - name: regsecret   38       volumes:   39         - name: prometheus-config-volume   40           configMap:   41             defaultMode: 420   42             name: prometheus-server-conf   43         - name: prometheus-storage-volume   44           emptyDir: {}   45 

[[email protected] examples]# kubectl create -f prometheus-deployment.yml

提示:若需要持久存储Prometheus,可提前创建相应sc和pvc,sc《044.集群存储-StorageClass》,PVC可参考如下:

[[email protected] examples]# vi prometheus-pvc.yaml

  1 apiVersion: v1    2 kind: PersistentVolumeClaim    3 metadata:    4   name: prometheus-pvc    5   namespace: monitoring    6   annotations:    7     volume.beta.kubernetes.io/storage-class: ghstorageclass    8 spec:    9   accessModes:   10   - ReadWriteMany   11   resources:   12     requests:   13       storage: 5Gi

[[email protected] examples]# kubectl create -f prometheus-pvc.yaml

将prometheus-deployment.yml存储部分修改为:

  1 ……    2         - name: prometheus-storage-volume    3           persistentVolumeClaim:    4             claimName: prometheus-pvc    5 ……    6 

3.6 创建Prometheus Service

[[email protected] examples]# vi prometheus-service.yaml

apiVersion: v1 kind: Service metadata: labels: app: prometheus-service name: prometheus-service namespace: monitoring spec: type: NodePort selector: app: prometheus-server ports: – port: 9090 targetPort: 9090 nodePort: 30909

[[email protected] examples]# kubectl create -f prometheus-service.yaml

[[email protected] examples]# kubectl get all -n monitoring

NAME READY STATUS RESTARTS AGE

pod/prometheus-server-fd5479489-q584s 1/1 Running 0 92s

NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE

service/prometheus-service NodePort 10.107.69.147 <none> 9090:30909/TCP 29s

NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE

deployment.apps/prometheus-server 1/1 1 1 92s

NAME DESIRED CURRENT READY AGE

replicaset.apps/prometheus-server-fd5479489 1 1 1 92s

3.7 测试Prometheus

浏览器直接访问:http://172.24.8.71:30909/

查看所有Kubernetes集群上的Endpoint通过服务发现的方式自动连接到了Prometheus。

通过图形化界面查看内存。

Prometheus更多配置参考官网:https://prometheus.io/docs/prometheus/latest/configuration/configuration/

四 部署Grafana

4.1 获取部署文件

[[email protected] ~]# git clone https://github.com/liukuan73/kubernetes-addons

4.2 部署grafana

[[email protected] ~]# cd /root/kubernetes-addons/monitor/prometheus+grafana

[[email protected] prometheus+grafana]# vi grafana.yaml

  1 ---    2 apiVersion: v1    3 kind: Service    4 metadata:    5   name: grafana    6   namespace: monitoring    7   labels:    8     app: grafana    9 spec:   10   type: NodePort   11   ports:   12   - port: 3000   13     targetPort: 3000   14     nodePort: 30007   15   selector:   16     app: grafana   17 ---   18 apiVersion: extensions/v1beta1   19 kind: Deployment   20 metadata:   21   labels:   22     app: grafana   23   name: grafana   24   namespace: monitoring   25 spec:   26   replicas: 1   27   revisionHistoryLimit: 2   28   template:   29     metadata:   30       labels:   31         app: grafana   32     spec:   33       containers:   34       - name: gragana   35         image: grafana/grafana:5.0.0   36         imagePullPolicy: IfNotPresent   37         ports:   38         - containerPort: 3000   39         volumeMounts:   40         - mountPath: /var   41           name: grafana-storage   42         env:   43           - name: GF_AUTH_BASIC_ENABLED   44             value: "false"   45           - name: GF_AUTH_ANONYMOUS_ENABLED   46             value: "true"   47           - name: GF_AUTH_ANONYMOUS_ORG_ROLE   48             value: Admin   49           - name: GF_SERVER_ROOT_URL   50 #              value: /api/v1/proxy/namespaces/default/services/grafana/   51             value: /   52         readinessProbe:   53           httpGet:   54             path: /login   55             port: 3000   56       volumes:   57       - name: grafana-storage   58         emptyDir: {}   59       nodeSelector:   60         node-role.kubernetes.io/master: "true"   61 #      tolerations:   62 #      - key: "node-role.kubernetes.io/master"   63 #        effect: "NoSchedule"   64 

[[email protected] prometheus+grafana]# kubectl label nodes k8smaster01 node-role.kubernetes.io/master=true

[[email protected] prometheus+grafana]# kubectl label nodes k8smaster02 node-role.kubernetes.io/master=true

[[email protected] prometheus+grafana]# kubectl label nodes k8smaster03 node-role.kubernetes.io/master=true

[[email protected] prometheus+grafana]# kubectl taint node –all node-role.kubernetes.io- #允许Master部署应用

[[email protected] prometheus+grafana]# kubectl create -f grafana.yaml

[[email protected] examples]# kubectl get all -n monitoring

4.3 确认验证

浏览器访问:http://172.24.8.71:30007,使用默认用户名admin/admin登录。

4.4 配置数据源

Configuration —-> Data Sources。

添加新数据源。

如下添加Prometheus数据源,本环境基于《附012.Kubeadm部署高可用Kubernetes》部署的高可用Kubernetes,存在vip:172.24.8.100,也可使用3.7步骤所测试的Prometheus地址。

保存并测试是否成功。

4.5 配置Grafana

配置dashboard,本实验使用162号模板,此Dashboard 模板来展示 Kubernetes 集群的监控信息。

选择4.4所添加的Prometheus数据源,用于展示。

4.6 添加用户

可添加普通用户,并配置相应角色。

复制登录链接:http://172.24.8.71:30007/invite/hlhkzz5O3dJj94OlHcKiqN8bPrZt40

进入链接,设置新用户密码并登录:

4.7 其他设置

建议对时区进行设置,其他Grafana更多配置参考:https://grafana.com/docs/grafana/latest/installation/configuration/

4.8 查看监控

登录http://172.24.8.71:30007/,即可查看相应Kubernetes监控了。

本方案参考链接:

https://www.kubernetes.org.cn/4184.html

https://www.kubernetes.org.cn/3418.html

https://www.jianshu.com/p/c2e549480c50