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监控

prometheus 监控系统

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监控系统

为什么监控，监控什么内容？

  • 当集群规模很大时，分别去看各个服务是否正常已经不可能了，所以需要一套监控系统来检测服务的健康情况。
  • 对自己系统的运行状态了如指掌，有问题及时发现，而不是用户先发现我们系统不能使用。
  • 我们也需要知道我们的服务运行情况。例如，slowsql 处于什么水平，平均响应时间超过 200ms 的占比有百分之多少？

我们为什么需要监控我们的服务？

  • 需要监控工具来提醒我服务出现了故障，比如通过监控服务的负载来决定扩容或缩容。如果机器普遍负载不高，则可以考虑是否缩减一下机器规模，如果数据库连接经常维持在一个高位水平，则可以考虑一下是否可以进行拆库处理，优化一下架构。
  • 监控还可以帮助进行内部统制，尤其是对安全比较敏感的行业，比如证券银行等。比如服务器受到攻击时，我们需要分析事件，找到根本原因，识别类似攻击，发现没有发现的被攻击的系统，甚至完成取证等工作。

监控的目的

  • 减少宕机时间
  • 扩展和性能管理
  • 资源规划
  • 识别异常事件
  • 故障排除、分析

在k8s集群中的监控系统

这张图其实就是prometheus的架构。

  • prometheus server：包括Retrieval，Storage，PromQL。

    • Retrieval：prometheus采用pull模式来扫描集群中哪些服务暴露了prometheus的指标，然后会按照既定的频率去拉取这些指标。Retrieval会轮询所有目标节点，把节点上的日志取出来。
      为什么用的pull而不是push？

      • 因为这样pod只需要收集指标就可以了，提供一个URL来访问这些指标。这样pod是不需要知道监控系统的存在，系统耦合度降低。
    • storage：prometheus有自己的tsdb，存储监控数据到硬盘。
    • PromQL：prometheus的查询语言。下文会介绍。

  • WebUI：prometheus的前端页面，可以通过PQL来查询。

  • Grafana：以图表的形式展示监控数据。

  • Alertmanager：定义一些规则来说明应用是否正常，不正常发送告警，可以和多个平台去集成。需要防止过度设计，比如可以自动恢复的服务就不需要告警。

  • pushgateway：有些pod不是一直运行，比如job，就可以推送这些指标到pushgateway。这样prometheus拉取指标到时候就直接去push gateway拉取。

file

节点上的监控指标

容器化的一个好处是监控变得标准化了。容器技术底层是cgroup和namespace。cgroup是做资源管控的，namespace是做隔离的。这样只需要扫描节点上cgroup文件夹的文件即可知道资源的使用情况。

每个节点的 kubelet（集成了 cAdvisor）会收集当前节点 host 上所有信息，包括 cpu、内存、磁盘等。Prometheus 会 pull 这些信息，给每个节点打上标签来区分不同的节点。

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可以通过http://nodeip:9100/metrics来查看

file

如何汇报监控指标

pod中需要指定

annotations：prometheus.io/scrape: "true"

还需要声明上报指标的端口和地址即pod的ip。
上篇文章中部署的loki，就自带了prometheus的指标。

k get po loki-0 -n loki -o yaml
metadata：
    annotations:
        prometheus.io/port: http-metrics
        prometheus.io/scrape: "true"
spec：
    ports:
    - containerPort: 3100
      name: http-metrics
      protocol: TCP

在target中查看loki endpoint。
file

k8s的control panel，包括各种controller都原生的暴露 prometheus格式的metrics。这也是为什么prometheus是集群监控的标准。
file

prometheu指标类型

  • Counter（计数器器）

    • Counter 类型代表一种样本数据单调递增的指标，即只增不减，除非监控系统发生了重置。
    • 比如统计error出现的次数。

  • Gauge（仪表盘）

    • Guage 类型代表一种样本数据可以任意变化的指标，即可增可减。
    • 监控各种数值比如CPU，内存，硬盘等。

  • Histogram（直方图）

    • Histogram 在一段时间范围内对数据进行采样（通常是请求持续时间或响应大小等），并将其计入可配置的存储桶(bucket）中，后续可通过指定区间筛选样本，也可以统计样本总数，最后一般将数据展示为直方图。
    • 样本的值分布在 bucket 中的数量，命名为 _bucketlle= "<上边界>"。
    • 所有样本值的大小总和，命名为 _sum样本总数，命名为 _count。值和cbasename>_bucketlle="+Inf"}相同。
    • 一般用在统计相关和性能分析，比如统计访问http服务的耗时情况。

  • Summary（摘要）

    • 与 Histogram 类型类似，用于表示一段时间内的数据采样结果（通常是请求持续时间或响应大小等），但它直接存储了分位数（通过客户端计算，然后展示出来），而不是通过区间来计算。
    • 它们都包含了 cbasename>_sum 和 _count指标。
    • Histogram 需要通过 bucket 来计算分位数，而 Summary 则直接存储了分位数的值。
    • 用户统计区间，比如百分之90的访问耗时是0.1秒。

Prometheu Query Language

以这个为例

histogram_quantile(0.95, sum(rate(httpserver_execution_latency_seconds_ bucket(5ml)) by (le))
  1. Histogram 是直方图
  2. httpserver_execution_latency_seconds_bucke 是直方图指标，是将httpserver 处理请求的时间放入不同的bucket内，意思是落在不同时长区间的响应次数。
  3. by (le)，是将采集的数据按桶的上边界分组。
    1.rate(httpserver_execution_latency_seconds_bucketl5m])，计算的是五分钟内的变化率。
  4. Sum()，是将所有指标的变化率总计。
  5. 0.95，是取 95 分位。

综上：上述表达式计算的是 httpserver 处理请求时，95％ 的请求在五分钟内，落在不同响应时间区间的变化情况。

grafana dashboard

官网地址：https://grafana.com/grafana/dashboards/

复制id或者下载对应的json文件

这里列举几个id：7429，315，6417，9729
file

grafana中导入

file

file

查看图表

file

开启告警

  1. 查看prometheus的配置文件 
    k exec -it loki-prometheus-server-757c887449-jqpt4 -n loki -- sh
cat /etc/config/prometheus.yml

    file
    rule配置：
    file

  2. 查看目录文件
    file
  3. 配置文件的目录也是通过configmap挂载的，所以需要修改configmap。创建rules目录，修改prometheus配置文件。 
    rule_files:
- /tmp/rules/*.rules
  4. 进入容器创建目录，拷贝rule规则。参考链接：https://awesome-prometheus-alerts.grep.to/rules 
    k exec -it loki-prometheus-server-5f48565875-66st8 -n loki -- sh
mkdir /tmp/rules
exit
vim k8s.rules
k cp k8s.rules loki-prometheus-server-5f48565875-66st8:/tmp/rules/k8s.rules -n loki

    file

  5. prometheus是有prometheus-alertmanager-configmap-reload pod的，这个容器的作用就是读取configmap，热加载prometheus的配置文件。大约1分钟后，进入容器查看prometheus的配置文件已经更新。
    file
    查看prometheus-alertmanager-configmap-reload pod日志
    file
  6. 修改alertmanager配置，alertmanager配置文件的目录也是通过configmap挂载的，所以也需要修改configmap。 
    # pod的yaml
volumeMounts:
- mountPath: /etc/config
  name: config-volume
volumes:
- configMap:
  defaultMode: 420
  name: loki-prometheus-alertmanager
name: config-volume

    不能进容器修改文件，也不能kubectl cp到目录，即使修改了目录权限，以root用户登录容器也不行。

    #修改cm中global字段的配置
global:
  resolve_timeout: 5m #处理超时时间，默认为5min
  smtp_smarthost: 'smtp.qq.com:465' # 邮箱smtp服务器代理
  smtp_from: 'aaa@qq.com' # 发送邮箱名称
  smtp_auth_username: 'xxx@qq.com' # 邮箱名称
  smtp_auth_password: 'qwertyuio' # 邮箱密码或授权码
  smtp_require_tls: false
# 定义模板信息
templates:
  - '/alertmanager/template/alertmanager-email.tmpl'
route:  # 路由组
  group_by: ['alertname', 'app']
  group_wait: 30s
  group_interval: 40s
  repeat_interval: 1m
  receiver: email-receiver          # 发送给那个组
receivers:                                # 收件人组
- name: 'email-receiver'
  email_configs:
  - to: 'xxx@qq.com'     # 收件人地址
    html: '{{ template "email.to.html" . }}' # HTML模板文件正文
    send_resolved: true
inhibit_rules:
  - source_match:
      severity: 'critical'
    target_match_re:
      severity: '.*'
    equal: ['instance']
  7. alertmanager是有prometheus-alertmanager-configmap-reload容器的，作用和prometheus的pod一样，等待更新完成。
    file

  8. 拷贝模版文件到容器

    crictl ps | grep alert
nerdctl -n k8s.io exec -it -u root 1f46997746b96 sh
mkdir /alertmanager/template
k cp alertmanager-email.tmpl loki/loki-prometheus-alertmanager-86c8f5c8d6-mdjgq:/alertmanager/template/

    模版文件如下：

    cat alertmanager-email.tmpl
{{ define "email.to.html" }}
{{- if gt (len .Alerts.Firing) 0 -}}
{{- range $index, $alert := .Alerts -}}

========= <span style=color:red;font-size:36px;font-weight:bold;> 监控告警 </span>=========<br>

<span style=font-size:20px;font-weight:bold;> 告警程序:</span>     Alertmanage <br>
<span style=font-size:20px;font-weight:bold;> 告警类型:</span>    {{ $alert.Labels.alertname }} <br>
<span style=font-size:20px;font-weight:bold;> 告警级别:</span>    {{ $alert.Labels.severity }} 级 <br>
<span style=font-size:20px;font-weight:bold;> 告警状态:</span>    {{ .Status }} <br>
<span style=font-size:20px;font-weight:bold;> 故障主机:</span>    {{ $alert.Labels.instance }} {{ $alert.Labels.device }} <br>
<span style=font-size:20px;font-weight:bold;> 告警主题:</span>    {{ .Annotations.summary }} <br>
<span style=font-size:20px;font-weight:bold;> 告警详情:</span>    {{ $alert.Annotations.message }}{{ $alert.Annotations.description}} <br>
<span style=font-size:20px;font-weight:bold;> 主机标签:</span>    {{ range .Labels.SortedPairs  }} <br> [{{ .Name }}: {{ .Value  | html }} ]{{ end }}<br>
<span style=font-size:20px;font-weight:bold;> 故障时间:</span>    {{ ($alert.StartsAt.Add 28800e9).Format "2006-01-02 15:04:05" }}<br>

========= = end =  =========<br>
<br>
<br>
<br>
<br>

<div>
    <div style=margin:40px>
        <p style=font-size:20px>wghdr</p>
        <p style=color:red;font-size:14px>
        (这是一封自动发送的邮件，请勿回复。)
        </p>
    </div>

    <div align=right style="margin:40px;border-top:solid 1px gray" id=bottomTime>
        <p style=margin-right:20px>
            WghDr Ops
        </p>
        <label style=margin-right:20px>
            {{ ($alert.StartsAt.Add 28800e9).Format "2006-01-02 " }}<br>
        </label>
    </div>
</div>

{{- end }}
{{- end }}
{{- if gt (len .Alerts.Resolved) 0 -}}
{{- range $index, $alert := .Alerts -}}
========= <span style=color:#00FF00;font-size:24px;font-weight:bold;> 告警恢复 </span>=========<br>
<span style=font-size:20px;font-weight:bold;> 告警程序:</span>    Alertmanage <br>
<span style=font-size:20px;font-weight:bold;> 告警主题:</span>    {{ $alert.Annotations.summary }}<br>
<span style=font-size:20px;font-weight:bold;> 告警主机:</span>    {{ .Labels.instance }} <br>
<span style=font-size:20px;font-weight:bold;> 告警类型:</span>    {{ .Labels.alertname }}<br>
<span style=font-size:20px;font-weight:bold;> 告警级别:</span>    {{ $alert.Labels.severity }} 级 <br>
<span style=font-size:20px;font-weight:bold;> 告警状态:</span>    {{   .Status }}<br>
<span style=font-size:20px;font-weight:bold;> 告警详情:</span>    {{ $alert.Annotations.message }}{{ $alert.Annotations.description}}<br>
<span style=font-size:20px;font-weight:bold;> 故障时间:</span>    {{ ($alert.StartsAt.Add 28800e9).Format "2006-01-02 15:04:05" }}<br>
<span style=font-size:20px;font-weight:bold;> 恢复时间:</span>    {{ ($alert.EndsAt.Add 28800e9).Format "2006-01-02 15:04:05" }}<br>
{{- end }}
========= = end =  =========
<br>
<br>
<br>
<br>

<div>
    <div style=margin:40px>
        <p style=font-size:20px>wghdr</p>
        <p style=color:red;font-size:14px>
        (这是一封自动发送的邮件，请勿回复。)
        </p>
    </div>

    <div align=right style="margin:40px;border-top:solid 1px gray" id=bottomTime>
        <p style=margin-right:20px>
            WghDr Ops
        </p>
        <label style=margin-right:20px>
            {{ ($alert.StartsAt.Add 28800e9).Format "2006-01-02 " }}<br>
        </label>
    </div>
</div>
{{- end }}
{{- end }}
{{- end }}

构建生产系统的监控

  • Metrics
    收集数据。
  • Alert
    创建告警规则，如果告警规则被触发，按照不同级别来告警。
  • Assertion
    比如有些组件不是那么活跃，平时没什么人用，如果有问题的话不会充分暴露出来。
    那么创建Assertion的pod，类似Cluster Autoscaler中的Simulator以一定时间间隔，模拟客户行为，操作k8s对象，并断言成功，如果不成功则按照不同级别告警。

注意

  1. Prometheus 需要大内存和存储

    • Prometheus自身有tsdb需要存储数据，如果给定的硬盘很小，Prometheus会经常发生 O0M kill。
    • 在提高硬盘以后，发现内存占用也很高，kubelet就把它踢走了，踢到了别的node上，如果存储用的hostpath，那么新节点上的硬盘不久也会被撑爆了。
    • 如果发生 crash 或者重启，Prometheus 需要 30 分钟以上的时间来读取数据进行初始化。

  2. Prometheus 是运营生产系统过程中最重要的模块

    • 如果 Prometheus down 机，则没有任何数据和告警，管理员两眼一黑，什么都不知道了。
    • 解决方法：用其他集群中的prometheus互相监控。
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