
在 Kubernetes 上手动部署 Prometheus
作者 |阳明
来源 | k8s技术圈(ID:kube100)
我们知道监控是保证系统运行必不可少的功能,特别是对于 Kubernetes 这种比较庞大的系统来说,监控报警更是不可或缺,我们需要时刻了解系统的各种运行指标,也需要时刻了解我们的 Pod 的各种指标,更需要在出现问题的时候有报警信息通知到我们。
在早期的版本中 Kubernetes 提供了 heapster、influxDB、grafana 的组合来监控系统,在现在的版本中已经移除掉了 heapster,现在更加流行的监控工具是 Prometheus,Prometheus 是 Google 内部监控报警系统的开源版本,是 Google SRE 思想在其内部不断完善的产物,它的存在是为了更快和高效的发现问题,快速的接入速度,简单灵活的配置都很好的解决了这一切,而且是已经毕业的 CNCF 项目。
简介
Prometheus 最初是 SoundCloud 构建的开源系统监控和报警工具,是一个独立的开源项目,于2016年加入了 CNCF 基金会,作为继 Kubernetes 之后的第二个托管项目。Prometheus 相比于其他传统监控工具主要有以下几个特点:
- 具有由 metric 名称和键/值对标识的时间序列数据的多维数据模型
- 有一个灵活的查询语言
- 不依赖分布式存储,只和本地磁盘有关
- 通过 HTTP 的服务拉取时间序列数据
也支持推送的方式来添加时间序列数据
- 还支持通过服务发现或静态配置发现目标
- 多种图形和仪表板支持
Prometheus 由多个组件组成,但是其中有些组件是可选的:
- Prometheus Server:用于抓取指标、存储时间序列数据
- rter:暴露指标让任务来抓
- pushgateway:push 的方式将指标数据
- alertmanager:处理报警的报警组件adhoc:用于数据查询
大多数 Prometheus 组件都是用 Go 编写的,因此很容易构建和部署为静态的二进制文件。下图是 Prometheus 官方提供的架构及其一些相关的生态系统组件:
prometheus architecture
整体流程比较简单,Prometheus 直接接收或者通过中间的 Pushgateway 网关被动获取指标数据,在本地存储所有的获取的指标数据,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,Grafana 或者其他工具用来可视化这些数据。
安装
由于 Prometheus 是 Golang 编写的程序,所以要安装的话也非常简单,只需要将二进制文件下载下来直接执行即可,前往地址:https://prometheus.io/download 下载最新版本即可。
Prometheus 是通过一个 YAML 配置文件来进行启动的,如果我们使用二进制的方式来启动的话,可以使用下面的命令:
其中 prometheus.yml 文件的基本配置如下:
上面这个配置文件中包含了3个模块:global、rule_files 和 scrape_configs。
global 模块控制 Prometheus Server 的全局配置:
- scrape_interval:表示 prometheus 抓取指标数据的频率,默认是15s,我们可以覆盖这个值
- evaluation_interval:用来控制评估规则的频率,prometheus 使用规则产生新的时间序列数据或者产生警报
- rule_files:指定了报警规则所在的位置,prometheus 可以根据这个配置加载规则,用于生成新的时间序列数据或者报警信息,当前我们没有配置任何报警规则。
scrape_configs 用于控制 prometheus 监控哪些资源。
由于 prometheus 通过 HTTP 的方式来暴露的它本身的监控数据,prometheus 也能够监控本身的健康情况。在默认的配置里有一个单独的 job,叫做 prometheus,它采集 prometheus 服务本身的时间序列数据。这个 job 包含了一个单独的、静态配置的目标:监听 localhost 上的 9090 端口。prometheus 默认会通过目标的 /metrics 路径采集 metrics。所以,默认的 job 通过 URL:http://localhost:9090/metrics 采集 metrics。收集到的时间序列包含 prometheus 服务本身的状态和性能。如果我们还有其他的资源需要监控的话,直接配置在 scrape_configs 模块下面就可以了。
示例应用
比如我们在本地启动一些样例来让 Prometheus 采集。Go 客户端库包含一个示例,该示例为具有不同延迟分布的三个服务暴露 RPC 延迟。
首先确保已经安装了 Go 环境并启用 go modules,下载 Prometheus 的 Go 客户端库并运行这三个示例:
然后在3个独立的终端里面运行3个服务:
这个时候我们可以得到3个不同的监控接口:http://localhost:8080/metrics、http://localhost:8081/metrics 和 http://localhost:8082/metrics。
现在我们配置 Prometheus 来采集这些新的目标,让我们将这三个目标分组到一个名为 example-random 的任务。假设前两个端点(即:http://localhost:8080/metrics、http://localhost:8081/metrics)都是生产级目标应用,第三个端点(即:http://localhost:8082/metrics )为金丝雀实例。要在 Prometheus 中对此进行建模,我们可以将多组端点添加到单个任务中,为每组目标添加额外的标签。在此示例中,我们将 group =“production” 标签添加到第一组目标,同时将 group=“canary”添加到第二组。将以下配置添加到 prometheus.yml 中的 scrape_configs 部分,然后重新启动 Prometheus 实例:
然后我们可以到浏览器中查看 Prometheus 的配置是否有新增的任务,这就是 Prometheus 添加监控配置最基本的配置方式了,非常简单,只需要提供一个符合 metrics 格式的可访问的接口配置给 Prometheus 就可以了。
但是由于我们这里是要运行在 Kubernetes 系统中,所以我们直接用 Docker 镜像的方式运行。
为了能够方便的管理配置文件,我们这里将 prometheus.yml 文件用 ConfigMap 的形式进行管理:
我们这里暂时只配置了对 prometheus 本身的监控,直接创建该资源对象:
配置文件创建完成了,以后如果我们有新的资源需要被监控,我们只需要将上面的 ConfigMap 对象更新即可。现在我们来创建 prometheus 的 Pod 资源:
另外为了 prometheus 的性能和数据持久化我们这里是直接将通过一个 LocalPV 来进行数据持久化的,通过 --storage.tsdb.path=/prometheus 指定数据目录,创建如下所示的一个 PVC 资源对象,注意是一个 LocalPV,和 node3 节点具有亲和性:
由于 prometheus 可以访问 Kubernetes 的一些资源对象,所以需要配置 rbac 相关认证,这里我们使用了一个名为 prometheus 的 serviceAccount 对象:
由于我们要获取的资源信息,在每一个 namespace 下面都有可能存在,所以我们这里使用的是 ClusterRole 的资源对象,值得一提的是我们这里的权限规则声明中有一个 nonResourceURLs 的属性,是用来对非资源型 metrics 进行操作的权限声明,这个在以前我们很少遇到过,然后直接创建上面的资源对象即可:
现在我们就可以添加 promethues 的资源对象了:
创建 Pod 后,我们可以看到并没有成功运行,出现了 open /prometheus/queries.active: permission denied 这样的错误信息,这是因为我们的 prometheus 的镜像中是使用的 nobody 这个用户,然后现在我们通过 LocalPV 挂载到宿主机上面的目录的 ownership 却是 root:
所以当然会出现操作权限问题了,这个时候我们就可以通过 securityContext 来为 Pod 设置下 volumes 的权限,通过设置 runAsUser=0 指定运行的用户为 root,也可以通过设置一个 initContainer 来修改数据目录权限:
这个时候我们重新更新下 prometheus:
Pod 创建成功后,为了能够在外部访问到 prometheus 的 webui 服务,我们还需要创建一个 Service 对象:
为了方便测试,我们这里创建一个 NodePort 类型的服务,当然我们可以创建一个 Ingress对象,通过域名来进行访问:
现在我们就可以通过 http://任意节点IP:30980 访问 prometheus 的 webui 服务了:
prometheus webui
现在我们可以查看当前监控系统中的一些监控目标(Status -> Targets):
prometheus webui targets
由于我们现在还没有配置任何的报警信息,所以 Alerts 菜单下面现在没有任何数据,隔一会儿,我们可以去 Graph 菜单下面查看我们抓取的 prometheus 本身的一些监控数据了,其中- insert metrics at cursor -下面就有我们搜集到的一些监控指标数据:
prometheus webui metrics
比如我们这里就选择 scrape_duration_seconds 这个指标,然后点击 Execute,就可以看到类似于下面的图表数据了:
prometheus webui query
除了简单的直接使用采集到的一些监控指标数据之外,这个时候也可以使用强大的 PromQL 工具,PromQL 其实就是 prometheus 便于数据聚合展示开发的一套 ad hoc 查询语言的,你想要查什么找对应函数取你的数据好了。
应用监控
前面我们和大家介绍了 Prometheus 的数据指标是通过一个公开的 HTTP(S) 数据接口获取到的,我们不需要单独安装监控的 agent,只需要暴露一个 metrics 接口,Prometheus 就会定期去拉取数据;对于一些普通的 HTTP 服务,我们完全可以直接重用这个服务,添加一个 /metrics 接口暴露给 Prometheus;而且获取到的指标数据格式是非常易懂的,不需要太高的学习成本。
现在很多服务从一开始就内置了一个 /metrics 接口,比如 Kubernetes 的各个组件、istio 服务网格都直接提供了数据指标接口。有一些服务即使没有原生集成该接口,也完全可以使用一些 exporter 来获取到指标数据,比如 mysqld_exporter、node_exporter,这些 exporter 就有点类似于传统监控服务中的 agent,作为服务一直存在,用来收集目标服务的指标数据然后直接暴露给 Prometheus。
普通应用
对于普通应用只需要能够提供一个满足 prometheus 格式要求的 /metrics 接口就可以让 Prometheus 来接管监控,比如 Kubernetes 集群中非常重要的 CoreDNS 插件,一般默认情况下就开启了 /metrics 接口:
上面 ConfigMap 中 prometheus :9153 就是开启 prometheus 的插件:
我们可以先尝试手动访问下 /metrics 接口,如果能够手动访问到那证明接口是没有任何问题的:
我们可以看到可以正常访问到,从这里可以看到 CoreDNS 的监控数据接口是正常的了,然后我们就可以将这个 /metrics 接口配置到 prometheus.yml 中去了,直接加到默认的 prometheus 这个 job 下面:(prome-cm.yaml)
当然,我们这里只是一个很简单的配置,scrape_configs 下面可以支持很多参数,例如:
- basic_auth 和 bearer_token:比如我们提供的 /metrics 接口需要 basic 认证的时候,通过传统的用户名/密码或者在请求的 header 中添加对应的 token 都可以支持
- kubernetes_sd_configs 或 consul_sd_configs:可以用来自动发现一些应用的监控数据
现在我们重新更新这个 ConfigMap 资源对象:
现在 Prometheus 的配置文件内容已经更改了,隔一会儿被挂载到 Pod 中的 prometheus.yml 文件也会更新,由于我们之前的 Prometheus 启动参数中添加了 --web.enable-lifecycle 参数,所以现在我们只需要执行一个 reload 命令即可让配置生效:
由于 ConfigMap 通过 Volume 的形式挂载到 Pod 中去的热更新需要一定的间隔时间才会生效,所以需要稍微等一小会儿。这个时候我们再去看 Prometheus 的 Dashboard 中查看采集的目标数据:
prometheus webui coredns
可以看到我们刚刚添加的 coredns 这个任务已经出现了,然后同样的我们可以切换到 Graph 下面去,我们可以找到一些 CoreDNS 的指标数据,至于这些指标数据代表什么意义,一般情况下,我们可以去查看对应的 /metrics 接口,里面一般情况下都会有对应的注释。
prometheus webui coredns metrics
到这里我们就在 Prometheus 上配置了第一个 Kubernetes 应用。
使用 exporter 监控
上面我们也说过有一些应用可能没有自带 /metrics 接口供 Prometheus 使用,在这种情况下,我们就需要利用 exporter 服务来为 Prometheus 提供指标数据了。Prometheus 官方为许多应用就提供了对应的 exporter 应用,也有许多第三方的实现,我们可以前往官方网站进行查看:exporters,当然如果你的应用本身也没有 exporter 实现,那么就要我们自己想办法去实现一个 /metrics 接口了,只要你能提供一个合法的 /metrics 接口,Prometheus 就可以监控你的应用。
比如我们这里通过一个 redis-exporter 的服务来监控 redis 服务,对于这类应用,我们一般会以 sidecar 的形式和主应用部署在同一个 Pod 中,比如我们这里来部署一个 redis 应用,并用 redis-exporter 的方式来采集监控数据供 Prometheus 使用,如下资源清单文件:(prome-redis.yaml)
可以看到上面我们在 redis 这个 Pod 中包含了两个容器,一个就是 redis 本身的主应用,另外一个容器就是 redis_exporter。现在直接创建上面的应用:
创建完成后,我们可以看到 redis 的 Pod 里面包含有两个容器:
我们可以通过 9121 端口来校验是否能够采集到数据:
同样的,现在我们只需要更新 Prometheus 的配置文件:
由于我们这里是通过 Service 去配置的 redis 服务,当然直接配置 Pod IP 也是可以的,因为和 Prometheus 处于同一个 namespace,所以我们直接使用 servicename 即可。配置文件更新后,重新加载:
这个时候我们再去看 Prometheus 的 Dashboard 中查看采集的目标数据:
prometheus webui redis
可以看到配置的 redis 这个 job 已经生效了。切换到 Graph 下面可以看到很多关于 redis 的指标数据,我们选择任意一个指标,比如 redis_exporter_scrapes_total,然后点击执行就可以看到对应的数据图表了:
prometheus webui redis query
