Prometheus监控平台的部署与监控

1. Prometheus简介

Prometheus是一个开源的系统监控和报警系统，在2012年由SoundCloud创建，并于2015年正式发布

2016年，Prometheus项目正式加入CNCF基金会，成为继kubernetes之后第二个在CNCF托管的项目，现在已经广泛用于容器和微服务领域

Prometheus本身是基于go开发的一套开源的系统监控报警框架和时序数据库（TSDB）

Prometheus的监控功能很完善和全面，性能支持上万规模的集群

Prometheus网站：https://prometheus.io/

Prometheus官网文档：https://prometheus.io/docs

Prometheus代码仓库：https://github.com/prometheus

Prometheus中文文档：https://www.prometheus.wang

Prometheus exporters：https://prometheus.io/docs/instrumenting/exporters/

Prometheus exporter golang客户端库：https://github.com/prometheus/client_golang

Prometheus的特点如下：

支持多维数据模型：由度量名和键值对组成的时间序列数据
内置时间序列数据库TSDB
支持PromQL（Prometheus Query Language）查询语言，可以完成非常复杂的查询和分析，对图表展示和告警非常有意义
支持HTTP的PULL方式采集时间序列数据
支持PushGateway采集瞬时任务的数据
支持服务发现和静态配置两种方式发现目标
多种可视化和仪表盘，支持第三方dashboard，比如Grafana

数据特点：

监控指标，采用独创的指标格式，我们称之为Prometheus格式，这个格式在监控场景中非常常见
数据标签，支持多维度标签，每个独立的标签组合都代表一个独立的时间序列
数据处理，Prometheus内部支持多种数据的聚合、切割、切片等功能
数据存储，Prometheus支持双精度浮点型数据存储

适用场景：

Prometheus非常适合记录任何纯数字时间序列。它既适合以机器为中心的监控场景，又适合高度动态的面向服务的体系结构的监控场景

在微服务场景中，它对多维数据收集和查询的支持是一种特别的优势

Prometheus的设计旨在提升可用性，使其省委中断期间要使用的系统，以快速诊断问题

每个Prometheus服务器都是独立的，而不依赖于网络存储或其他远程服务

2. Prometheus架构介绍

Prometheus监控是一个监控体系，而Prometheus server只包含Retrieval、TSDB、HTTP server三个组件

Prometheus的主要模块包括：Prometheus server、exporters、PushGateway、PromQL、Alertmanager以及图形化界面

主要组件：

Prometheus：时序数据存储、监控指标管理
可视化：Prometheus webUI、Grafana可视化套件
数据采集：exporters为当前客户端暴露出符合Prometheus规格的数据指标、PushGateway为push模式下的数据采集工具
监控目标：服务发现，包括文件方式、DNS方式、console方式、kubernetes方式
告警：Alertmanager

其中TSDB支持存储60天的数据，如果想要永久存储监控数据的话需要增加一个时序数据库后端，比较典型的是InfluxDB

Retrival负责获取监控数据，也就是Prometheus targets，通常采用的是pull模式

2.1 pull与push

本质上来讲Prometheus只支持pull的方式来获取监控数据

那么push又从何而来的呢？对于一些瞬时任务，比如一个存在时间极短的job，pull的方式显然是不太能够抓取到这些数据的

Prometheus所采用的方式就是部署一个PushGateway，job在执行完成之后将数据push到这个网关代理，而Prometheus将从PushGateway中pull数据

pull模式的特点：

被监控方提供一个server，并负责维护
监控方控制采集频率

第一点对用户来说要求更高了，但是好处很多，比如pull不到数据本身就说明节点存在故障；比如监控指标自然而然由用户自己维护，使得标准化很简单

第二点更为重要，那就是在监控体系对metric采集的统一和稳定有了可靠的保证，对于数据量大的情况下很重要

同样pull模式的缺点在于需要服务发现模块来动态发现被监控对象，同时被监控方和Prometheus可能存在数据维护不同步的情况，造成一定的信息丢失和不准确

3. Prometheus数据模型

Prometheus中存储的数据为时间序列，即基于同一度量标准或者同一时间维度的数据流

除了时间序列数据的正常存储外，Prometheus还会基于原始数据临时生成新的时间序列数据，用于后续查询的依据或结果

每个时间序列都是由metric名称和标签（可选键值对）组成的唯一标识

3.1 metric

该名字必须有意义，用于表示metric的一般性功能，例如：http_requests_total表示http请求的总数
metric名字由ASCII字符、数字、下划线和冒号组成，且必须满足正则表达式a-zA-Z:*的查询请求
注意：冒号是为用户自定义的记录规则保留的

3.2 标签

标签是以键值对的形式存在的，不同的标签用于表示时间序列的不同维度标识
基本格式：

<metric name>{<label name>=<label value>, ...}

# 示例
http_requests_total{method="POST", endpoint="/api/tracks"}
# 解析：
# http_requests_total{method="POST"}表示所有http请求中的POST请求
# endpoint="/api/tracks"表示请求的url地址是/api/tracks

标签中的key由ASCII字符、数字以及下划线组成，且必须要满足正则表达式a-zA-Z:*
标签值可以包含任何Unicode字符，标签值为空被认为等同于不存在的标签

查询语言允许基于这些维度进行过滤和聚合

更改任何标签值，包括添加或删除标签，都会创建一个新的时间序列

4. Prometheus部署

4.1 常用的部署方式

包安装

RHEL系统：https://packagecloud.io/app/prometheus-rpm/release/search

Ubuntu和Debian可直接使用apt命令安装

二进制安装

https://prometheus.io/download/

docker安装

https://prometheus.io/docs/prometheus/latest/installation/

k8s operator安装

https://github.com/coreos/kube-prometheus

4.2 docker部署 Prometheus

$ docker run -d --name prometheus -p 9090:9090 prom/prometheus

镜像拉取成功后可以查看 Prometheus是否正在运行

$ docker ps
CONTAINER ID   IMAGE             COMMAND                  CREATED         STATUS         PORTS                                       NAMES
7bb063c228ed   prom/prometheus   "/bin/prometheus --c…"   5 seconds ago   Up 3 seconds   0.0.0.0:9090->9090/tcp, :::9090->9090/tcp   prometheus

访问ip+9090就可以打开Prometheus的webUI

访问ip+9090/metrics可以看到Prometheus拉取的监控指标数据

4.2 二进制部署Prometheus

$ cd /usr/local
$ wget https://github.com/prometheus/prometheus/releases/download/v2.19.2/prometheus-2.19.2.linux-amd64.tar.gz
$ tar xvf prometheus-2.19.2.linux-amd64.tar.gz
$ ln -s prometheus-2.19.2.linux-amd64 prometheus
$ cd prometheus/
$ mkdir bin conf data
$ mv prometheus promtool bin/
$ mv prometheus.yml conf/
$ useradd -r -s /sbin/nologin prometheus
$ chown -R prometheus.prometheus /usr/loacl/prometheus/

将Prometheus添加到环境变量

$ cat /etc/profile.d/prometheus.sh
$ export PROMETHEUS_HOME=/usr/local/prometheus
$ export PATH=${PROMETHEUS_HOME}/bin:$PATH
$ source /etc/profile.d/prometheus.sh

查看配置文件，默认可不修改

$ grep -Ev "^ *#|^$" /usr/local/prometheus/conf/prometheus.yml
global:
  scrape_interval:     15s # Set the scrape interval to every 15 seconds. Default is every 1 minute.
  evaluation_interval: 15s # Evaluate rules every 15 seconds. The default is every 1 minute.
alerting:
  alertmanagers:
  - static_configs:
    - targets:
rule_files:
scrape_configs:
  - job_name: 'prometheus'
    static_configs:
    - targets: ['localhost:9090']

检查配置文件是否正确

$ promtool check config /usr/local/prometheus/conf/prometheus.yml
Checking /usr/local/prometheus/conf/prometheus.yml
  SUCCESS: 0 rule files found

创建service文件

$ vim /lib/systemd/system/prometheus.service
[Unit]
Description=Prometheus Server
Documentation=https://prometheus.io/docs/introduction/overview/
After=network.target

[Service]
Restart=on-failure
User=prometheus
WorkingDirectory=/usr/local/prometheus/
ExecStart=/usr/local/prometheus/prometheus --config.file=/usr/local/prometheus/conf/prometheus.yml
ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID
LimitNOFILE=65535

[Install]
WantedBy=multi-user.target

启动Prometheus server

$ systemctl daemon-reload
$ systemctl enable --now prometheus.service
$ ss -tnlp | grep prometheus

再次访问ip:9090就可以看到Prometheus的webUI界面

以上安装步骤都会放在一个脚本里执行：

install_prometheus.sh

#!/bin/bash
#
#********************************************************************
#Date:              2022-05-20
#FileName:          install_prometheus.sh
#Description:       The test script
#Copyright (C):     2022 All rights reserved
#********************************************************************

PROMETHEUS_VERSION=2.34.0
#PROMETHEUS_VERSION=2.17.1
PROMETHEUS_FILE="prometheus-${PROMETHEUS_VERSION}.linux-amd64.tar.gz"
INSTALL_DIR=/usr/local

HOST=`hostname -I|awk '{print $1}'`


. /etc/os-release

msg_error() {
  echo -e "\033[1;31m$1\033[0m"
}

msg_info() {
  echo -e "\033[1;32m$1\033[0m"
}

msg_warn() {
  echo -e "\033[1;33m$1\033[0m"
}


color () {
    RES_COL=60
    MOVE_TO_COL="echo -en \\033[${RES_COL}G"
    SETCOLOR_SUCCESS="echo -en \\033[1;32m"
    SETCOLOR_FAILURE="echo -en \\033[1;31m"
    SETCOLOR_WARNING="echo -en \\033[1;33m"
    SETCOLOR_NORMAL="echo -en \E[0m"
    echo -n "$1" && $MOVE_TO_COL
    echo -n "["
    if [ $2 = "success" -o $2 = "0" ] ;then
        ${SETCOLOR_SUCCESS}
        echo -n $"  OK  "    
    elif [ $2 = "failure" -o $2 = "1"  ] ;then 
        ${SETCOLOR_FAILURE}
        echo -n $"FAILED"
    else
        ${SETCOLOR_WARNING}
        echo -n $"WARNING"
    fi
    ${SETCOLOR_NORMAL}
    echo -n "]"
    echo 
}


install_prometheus () {
    if [ ! -f  ${PROMETHEUS_FILE} ] ;then
        wget https://github.com/prometheus/prometheus/releases/download/v${PROMETHEUS_VERSION}/${PROMETHEUS_FILE} || \
            { color "下载失败!" 1 ; exit ; }
    fi
    [ -d $INSTALL_DIR ] || mkdir -p $INSTALL_DIR
    tar xf ${PROMETHEUS_FILE} -C $INSTALL_DIR
    cd $INSTALL_DIR &&  ln -s prometheus-${PROMETHEUS_VERSION}.linux-amd64 prometheus
    mkdir -p $INSTALL_DIR/prometheus/{bin,conf,data}
    cd $INSTALL_DIR/prometheus && { mv prometheus promtool bin/ ; mv prometheus.yml conf/; }
    useradd -r -s /sbin/nologin prometheus
    chown -R prometheus.prometheus ${INSTALL_DIR}/prometheus/
    
    cat >  /etc/profile.d/prometheus.sh <<EOF
export PROMETHEUS_HOME=${INSTALL_DIR}/prometheus
export PATH=\${PROMETHEUS_HOME}/bin:\$PATH
EOF

}


prometheus_service () {
    cat > /lib/systemd/system/prometheus.service <<EOF
[Unit]
Description=Prometheus Server
Documentation=https://prometheus.io/docs/introduction/overview/
After=network.target

[Service]
Restart=on-failure
User=prometheus
WorkingDirectory=${INSTALL_DIR}/prometheus
ExecStart=${INSTALL_DIR}/prometheus/bin/prometheus --config.file=${INSTALL_DIR}/prometheus/conf/prometheus.yml
ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID
LimitNOFILE=65535

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
    systemctl daemon-reload
    systemctl enable --now prometheus.service
}


start_prometheus() { 
    systemctl is-active prometheus
    if [ $?  -eq 0 ];then  
        echo 
        color "Prometheus 安装完成!" 0
        echo "-------------------------------------------------------------------"
        echo -e "访问链接: \c"
        msg_info "http://$HOST:9090/" 
    else
        color "Prometheus 安装失败!" 1
        exit
    fi 
}

install_prometheus

prometheus_service

start_prometheus

5. Node exporter部署

安装node exporter用于收集各k8s节点上的监控指标数据，监听端口为9100

官方下载：https://prometheus.io/download/

5.1 下载并解压

$ wget -P /usr/local/ https://github.com/prometheus/node_exporter/releases/download/v1.2.2/node_exporter-1.2.2.linux-amd64.tar.gz
$ cd /usr/local
$ tar xvf node_exporter-1.2.2.linux-amd64.tar.gz
$ ln -s node_exporter-1.2.2.linux-amd64 node_exporter
$ cd node_exporter
$ mkdir bin
$ mv node_exporter bin/

5.2 准备service文件

$ vim  /lib/systemd/system/node_exporter.service
[Unit]
Description=Prometheus Node Exporter
After=network.target

[Service]
Type=simple
ExecStart=/usr/local/node_exporter/bin/node_exporter
Restart=on-failure

[Install]
WantedBy=multi-user.target

5.3 启动exporter服务

$ systemctl daemon-reload
$ systemctl enable --now node_exporter.service
$ systemctl is-active node_exporter
$ ss -ntlp | grep node_exporter

node_exporter默认在9100端口服务，浏览器访问ip:9100可以看到node_exporter收集到的metric数据

以上步骤会放在一个脚本中执行：

install_node_exporter.sh

#!/bin/bash
#
#********************************************************************
#Date:              2022-05-20
#FileName:          install_node_exporter.sh
#Description:       The test script
#Copyright (C):     2022 All rights reserved
#********************************************************************

NODE_EXPORTER_VERSION=1.3.1
NODE_EXPORTER_FILE="node_exporter-${NODE_EXPORTER_VERSION}.linux-amd64.tar.gz"
INSTALL_DIR=/usr/local

HOST=`hostname -I|awk '{print $1}'`


. /etc/os-release

msg_error() {
  echo -e "\033[1;31m$1\033[0m"
}

msg_info() {
  echo -e "\033[1;32m$1\033[0m"
}

msg_warn() {
  echo -e "\033[1;33m$1\033[0m"
}


color () {
    RES_COL=60
    MOVE_TO_COL="echo -en \\033[${RES_COL}G"
    SETCOLOR_SUCCESS="echo -en \\033[1;32m"
    SETCOLOR_FAILURE="echo -en \\033[1;31m"
    SETCOLOR_WARNING="echo -en \\033[1;33m"
    SETCOLOR_NORMAL="echo -en \E[0m"
    echo -n "$1" && $MOVE_TO_COL
    echo -n "["
    if [ $2 = "success" -o $2 = "0" ] ;then
        ${SETCOLOR_SUCCESS}
        echo -n $"  OK  "    
    elif [ $2 = "failure" -o $2 = "1"  ] ;then 
        ${SETCOLOR_FAILURE}
        echo -n $"FAILED"
    else
        ${SETCOLOR_WARNING}
        echo -n $"WARNING"
    fi
    ${SETCOLOR_NORMAL}
    echo -n "]"
    echo 
}


install_node_exporter () {
    if [ ! -f  ${NODE_EXPORTER_FILE} ] ;then
        wget https://github.com/prometheus/node_exporter/releases/download/v${NODE_EXPORTER_VERSION}/${NODE_EXPORTER_FILE} || \
            { color "下载失败!" 1 ; exit ; }
    fi
    [ -d $INSTALL_DIR ] || mkdir -p $INSTALL_DIR
    tar xf ${NODE_EXPORTER_FILE} -C $INSTALL_DIR
    cd $INSTALL_DIR &&  ln -s node_exporter-${NODE_EXPORTER_VERSION}.linux-amd64 node_exporter
    mkdir -p $INSTALL_DIR/node_exporter/bin
    cd $INSTALL_DIR/node_exporter &&  mv node_exporter bin/ 
      
    cat >  /etc/profile.d/node_exporter.sh <<EOF
export NODE_EXPORTER_HOME=${INSTALL_DIR}/node_exporter
export PATH=\${NODE_EXPORTER_HOME}/bin:\$PATH
EOF

}


node_exporter_service () {
    cat > /lib/systemd/system/node_exporter.service <<EOF
[Unit]
Description=Prometheus Node Exporter
After=network.target

[Service]
Type=simple
ExecStart=$INSTALL_DIR/node_exporter/bin/node_exporter
Restart=on-failure

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
    systemctl daemon-reload
    systemctl enable --now node_exporter.service
}


start_node_exporter() { 
    systemctl is-active node_exporter.service
    if [ $?  -eq 0 ];then  
        echo 
        color "node_exporter 安装完成!" 0
        echo "-------------------------------------------------------------------"
        echo -e "访问链接: \c"
        msg_info "http://$HOST:9100/metrics" 
    else
        color "node_exporter 安装失败!" 1
        exit
    fi 
}

install_node_exporter

node_exporter_service

start_node_exporter

6. Prometheus采集监控数据

配置promtheus通过node exporter组件采集node节点的监控指标数据

promtheus的服务发现可以直接修改其配置文件，也可以在服务注册中心发现自己需要监控的节点

6.1 修改prometheus的配置文件

$ vim /usr/local/prometheus/conf/prometheus.yml
# Alertmanager configuration
alerting:
  alertmanagers:
  - static_configs:
    - targets:
      # - alertmanager:9093

# Load rules once and periodically evaluate them according to the global 'evaluation_interval'.
rule_files:
  # - "first_rules.yml"
  # - "second_rules.yml"

# A scrape configuration containing exactly one endpoint to scrape:
# Here it's Prometheus itself.
scrape_configs:
  # The job name is added as a label `job=<job_name>` to any timeseries scraped from this config.
  - job_name: 'prometheus'

    # metrics_path defaults to '/metrics'
    # scheme defaults to 'http'.

    static_configs:
    - targets: ['localhost:9090']

其中的scrape_configs就是我们的监控节点信息，如果想要加上一个node_exporter任务，只需要再添加一个job即可

- job_name: "prometheus"
   static_configs:
      - targets: ["localhost:9090"]
  - job_name: 'node_exporter'   #添加以下行,指定监控的node exporter节点
   static_configs:
    - targets: ['10.0.0.104:9100','10.0.0.105:9100','10.0.0.106:9100'] 
#属性解析：
#新增一个job_name 和 static_configs的属性
#targets 就是前面基本概念中提到的instance，格式就是"ip:port"

然后重启prometheus服务

$ systemctl restart prometheus

6.2 prometheus验证node节点状态

浏览器访问普罗米修斯webUI，打开targets页签就可以看到我们监控的节点信息

7. Grafana展示数据

Grafana是一个开源的度量分析与可视化套件，它基于go语言开发，经常被用作基础设施的时间序列数据和应用程序分析的可视化

Grafana不仅仅支持很多类型的时序数据库数据源，比如Graphite、InfluxDB、Prometheus、Elasticsearch等，虽然每种数据源都有独立的查询语言和能力，但是Grafana的查询编辑器支持所有的数据源，而且能很好的支持每种数据源的特性。

通过该查询编辑器可以对所有数据进行整合，而且还可以在同一个dashboard上进行综合展示。

默认监听与TCP的3000端口，支持集成其他认证服务，且能够通过/metrics输出内建指标

可以在https://grafana.com/dashboards/页面查询到我们想要的各种dashboard模版

7.1 Granafa部署

在prometheus server的服务器上部署Grafana即可

# ubuntu系统
$ wget https://dl.grafana.com/enterprise/release/grafana-enterprise_8.2.1_amd64.deb
$ apt -y install ./grafana-enterprise_8.2.1_amd64.deb

启动服务

$ systemctl daemon-reload
$ systemctl enable --now grafana-server.service
$ ss -ntulp | grep grafana

7.2 配置Grafana

登陆grafana，默认登陆用户名和密码为admin/admin

点击添加数据源“Add your first data source”

选择Prometheus，在setting界面配置prometheus信息即可

在dashboards界面选择想用的dashboard模版，选择任意模版后可以查看效果

我们也可以选择一个任意的模版，通过import导入我们想用的模版即可

参考：

https://time.geekbang.org/column/article/72281

https://time.geekbang.org/column/article/73156

https://prometheus.io/docs/introduction/overview/

posted @ 2022-05-20 13:25 aganippe 阅读(1845) 评论(0) 编辑收藏举报

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