手把手教你使用 Prometheus 监控 JVM
概述
当你的 Java 业务容器化上 K8S 后，如果对其进行监控呢？Prometheus 社区开发了 JMX Exporter 来导出 JVM 的监控指标，以便使用 Prometheus 来采集监控数据。本文将介绍如何利用 Prometheus 与 JMX Exporter 来监控你 Java 应用的 JVM。
什么是 JMX Exporter ?
JMX Exporter 利用 Java 的 JMX 机制来读取 JVM 运行时的一些监控数据，然后将其转换为 Prometheus 所认知的 metrics 格式，以便让 Prometheus 对其进行监控采集。
那么，JMX 又是什么呢？它的全称是：Java Management Extensions。 顾名思义，是管理 Java 的一种扩展框架，JMX Exporter 正是基于此框架来读取 JVM 的运行时状态的。
如何使用 JMX Exporter 暴露 JVM 监控指标 ?
下面介绍如何通过 JMX Exporter 来暴露 Java 应用的 JVM 监控指标。
JMX Exporter 的两种用法
JMX-Exporter 提供了两种用法:
- 启动独立进程。JVM 启动时指定参数，暴露 JMX 的 RMI 接口，JMX-Exporter 调用 RMI 获取 JVM 运行时状态数据，转换为 Prometheus metrics 格式，并暴露端口让 Prometheus 采集。
- JVM 进程内启动(in-process)。JVM 启动时指定参数，通过 javaagent 的形式运行 JMX-Exporter 的 jar 包，进程内读取 JVM 运行时状态数据，转换为 Prometheus metrics 格式，并暴露端口让 Prometheus 采集。
官方不推荐使用第一种方式，一方面配置复杂，另一方面因为它需要一个单独的进程，而这个进程本身的监控又成了新的问题，所以本文重点围绕第二种用法讲如何在 K8S 环境下使用 JMX Exporter 暴露 JVM 监控指标。
打包镜像
使用第二种用法，启动 JVM 时需要指定 JMX Exporter 的 jar 包文件和配置文件。jar 包是二进制文件，不好通过 configmap 挂载，配置文件我们几乎不需要修改，所以建议是直接将 JMX Exporter 的 jar 包和配置文件都打包到业务容器镜像中。
首先准备一个制作镜像的目录，放入 JMX Exporter 配置文件 prometheus-jmx-config.yaml:
---
ssl: false
lowercaseOutputName: false
lowercaseOutputLabelNames: false
注: 更多配置项请参考官方文档。
然后准备 jar 包文件，可以在 jmx_exporter 的 Github 页面找到最新的 jar 包下载地址，下载到当前目录:
wget //repo1.maven.org/maven2/io/prometheus/jmx/jmx_prometheus_javaagent/0.13.0/jmx_prometheus_javaagent-0.13.0.jar
再准备 Dockerfile，这里以 tomcat 为例:
FROM tomcat:jdk8-openjdk-slim
ADD prometheus-jmx-config.yaml /prometheus-jmx-config.yaml
ADD jmx_prometheus_javaagent-0.13.0.jar /jmx_prometheus_javaagent-0.13.0.jar
最后编译镜像:
docker build . -t ccr.ccs.tencentyun.com/imroc/tomcat:jdk8
搞定！如果想要更简单，可以利用 docker 多阶段构建，省掉手动下载 jar 包的步骤，Dockerfile 示例:
FROM ubuntu:16.04 as jar
WORKDIR /
RUN apt-get update -y
RUN DEBIAN_FRONTEND=noninteractive apt-get install -y wget
RUN wget //repo1.maven.org/maven2/io/prometheus/jmx/jmx_prometheus_javaagent/0.13.0/jmx_prometheus_javaagent-0.13.0.jar
FROM tomcat:jdk8-openjdk-slim
ADD prometheus-jmx-config.yaml /prometheus-jmx-config.yaml
COPY --from=jar /jmx_prometheus_javaagent-0.13.0.jar /jmx_prometheus_javaagent-0.13.0.jar
部署 Java 应用
有了打包好的镜像，下一步我们看下如何部署应用到 K8S，关键点在于如何修改 JVM 启动参数以便启动时加载 JMX Exporter。JVM 启动时会读取 JAVA_OPTS 环境变量，作为额外的启动参数，所以我们部署时可以为应用增加一下这个环境变量，示例：
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: tomcat
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels:
app: tomcat
template:
metadata:
labels:
app: tomcat
spec:
containers:
- name: tomcat
image: ccr.ccs.tencentyun.com/imroc/tomcat:jdk8
env:
- name: JAVA_OPTS
value: "-javaagent:/jmx_prometheus_javaagent-0.13.0.jar=8088:/prometheus-jmx-config.yaml"
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: tomcat
labels:
app: tomcat
spec:
type: ClusterIP
ports:
- port: 8080
protocol: TCP
name: http
- port: 8088
protocol: TCP
name: jmx-metrics
selector:
app: tomcat
- 启动参数格式:
-javaagent:<jar>=<port>:<config>。 - 这里使用了 8088 端口暴露 JVM 的监控指标，可自行更改。
添加 Prometheus 监控配置
暴露了 JVM 的监控指标，现在来配置下 Prometheus，让监控数据被采集到，配置示例:
- job_name: tomcat
scrape_interval: 5s
kubernetes_sd_configs:
- role: endpoints
namespaces:
names:
- default
relabel_configs:
- action: keep
source_labels:
- __meta_kubernetes_service_label_app
regex: tomcat
- action: keep
source_labels:
- __meta_kubernetes_endpoint_port_name
regex: jmx-metrics
如果是安装了 prometheus-operator，也可以通过创建 ServiceMonitor 的 CRD 对象来配置 Prometheus:
apiVersion: monitoring.coreos.com/v1
kind: ServiceMonitor
metadata:
name: tomcat
namespace: default
labels:
app: tomcat
spec:
endpoints:
- port: jmx-metrics
interval: 5s
namespaceSelector:
matchNames:
- default
selector:
matchLabels:
app: tomcat
添加 Grafana 监控面板
采集到了数据，下面看下如何展示数据，如果熟悉 Prometheus 和 Grafana，可自行根据指标设计需要的面板，社区也有提供现成的，不过都有些老了，部分视图可能展示不出来，用的比较多的是 //grafana.com/grafana/dashboards/8563 ，可以直接导入，面板效果图:
参考资料
- JMX Exporter 项目地址: //github.com/prometheus/jmx_exporter
- JVM 监控面板: //grafana.com/grafana/dashboards/8563
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