050.集群管理Prometheus+Grafana监控方案

编程

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

[root@k8smaster01 study]# vi monitor-namespace.yaml

  1 apiVersion: v1

2 kind: Namespace

3 metadata:

4name: monitoring

5

[root@k8smaster01 study]# kubectl create -f monitor-namespace.yaml

3.2 获取部署文件

[root@k8smaster01 study]# git clone https://github.com/prometheus/prometheus

3.3 创建RBAC

[root@k8smaster01 ~]# cd prometheus/documentation/examples/

[root@k8smaster01 examples]# vi rbac-setup.yml

  1 apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1

2 kind: ClusterRole

3 metadata:

4name: 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:

25name: prometheus

26 namespace: monitoring #修改命名空间

27 ---

28 apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1

29 kind: ClusterRoleBinding

30 metadata:

31name: prometheus

32 roleRef:

33 apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

34 kind: ClusterRole

35name: prometheus

36 subjects:

37 - kind: ServiceAccount

38name: prometheus

39 namespace: monitoring #修改命名空间

40

[root@k8smaster01 examples]# kubectl create -f rbac-setup.yml

3.4 创建Prometheus ConfigMap

[root@k8smaster01 examples]# cat prometheus-kubernetes.yml | grep -v ^$ | grep -v "#" >> prometheus-config.yaml

[root@k8smaster01 examples]# vi prometheus-config.yaml

  1 apiVersion: v1

2 kind: ConfigMap

3 metadata:

4name: prometheus-server-conf

5 labels:

6name: prometheus-server-conf

7 namespace: monitoring #修改命名空间

8data:

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:

93module: [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

[root@k8smaster01 examples]# kubectl create -f prometheus-config.yaml

3.5 创建Prometheus Deployment

[root@k8smaster01 examples]# vi prometheus-deployment.yml

  1 apiVersion: apps/v1beta2

2 kind: Deployment

3 metadata:

4 labels:

5name: prometheus-deployment

6name: 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

42name: prometheus-server-conf

43 - name: prometheus-storage-volume

44 emptyDir: {}

45

[root@k8smaster01 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:

[root@k8smaster01 examples]# vi prometheus-pvc.yaml

  1 apiVersion: v1

2 kind: PersistentVolumeClaim

3 metadata:

4name: 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

[root@k8smaster01 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

[root@k8smaster01 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

[root@k8smaster01 examples]# kubectl create -f prometheus-service.yaml

[root@k8smaster01 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

[root@uhost ~]# git clone https://github.com/liukuan73/kubernetes-addons

4.2 部署grafana

[root@uhost ~]# cd /root/kubernetes-addons/monitor/prometheus+grafana

[root@k8smaster01 prometheus+grafana]# vi grafana.yaml

  1 ---

2 apiVersion: v1

3 kind: Service

4 metadata:

5name: 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

23name: 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

41name: 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:

54path: /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

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

[root@k8smaster01 prometheus+grafana]# kubectl label nodes k8smaster02 node-role.kubernetes.io/master=true

[root@k8smaster01 prometheus+grafana]# kubectl label nodes k8smaster03 node-role.kubernetes.io/master=true

[root@k8smaster01 prometheus+grafana]# kubectl taint node --all node-role.kubernetes.io- #允许Master部署应用

[root@k8smaster01 prometheus+grafana]# kubectl create -f grafana.yaml

[root@k8smaster01 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

以上是 050.集群管理Prometheus+Grafana监控方案 的全部内容, 来源链接: utcz.com/z/514737.html

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