Prometheus多集群监控的3种方案，你选哪种？

本文分享自华为云社区《Prometheus多集群监控方案》，作者：可以交个朋友。

一、背景

不少用户在k8s集群外裸机环境部署了prometheus监控组件想要查询k8s集群的监控指标，又或者是想采集多个k8s集群中的节点指标，容器指标，master组件指标等。

二、Prometheus多集群监控能力介绍

当前通过Prometheus采集多套k8s集群中的容器指标通常有三种方式。

通过APIServer代理的方式获取k8s集群指标，直接在prometheus.yml配置相关其他kubernetes集群信息，实现一个prometheus同时采集多个kubernetes集群信息
通过prometheus 联邦模式，实现一个prometheus拉取其他prometheus 数据
通过Prometheus Agent模式remote write远端存储，实现多个prometheus向同一个prometheus 输出数据（推荐）

三种方式对比分析

APIServer方式解决了数据冗余的方式，但是引入了配置的复杂性。同时随着k8s集群规模扩大，走APIServer代理请求获取集群指标数据对AIserver负载过大。
Prometheus联邦机制相对来说配置简单，最早的多集群监控方案。但是缺点也很明显: 占用资源较多,出现数据冗余; global Prometheus 汇总叶子Prometheus数据，处理数据压力大。
Prometheus Agent remote write方案配置简单，可以解决多集群监控数据冗余问题。同时可在remotewrite中配置过滤规则，减轻远端Prometheus数据处理压力

综上所述关于多集群监控方式，比较推荐Prometheus Agent remote write方案

三、配置实现

3.1 一个prometheus同时采集多个kubernetes集群操作

promethues通过配置bearer token，利用apiserver 代理的的形式，获取k8s集群的node指标，容器指标。

在目标集群创建Prometheus访问Kubernetes资源对象的RBAC资源

kubectl apply -f prometheus_rbac.yaml，目的为了Prometheus使用该serviceAccount能够自动发现集群相关资源，并拥有执行get list 等权限

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: prometheus-test
  namespace: kube-system

---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: prometheus-test
rules:
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - nodes
  - services
  - endpoints
  - pods
  - nodes/proxy
  verbs:
  - get
  - list
  - watch
- apiGroups:
  - "extensions"
  resources:
    - ingresses
  verbs:
  - get
  - list
  - watch
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - configmaps
  - nodes/metrics
  verbs:
  - get
- nonResourceURLs:
  - /metrics
  verbs:
  - get
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: prometheus-test
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: prometheus-test
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: prometheus-test
  namespace: kube-system

从目标集群获取token凭证

1.21以前版本的集群中，Pod中获取Token的形式是通过挂载ServiceAccount的Secret来获取Token，这种方式获得的Token是永久的。该方式在1.21及以上的版本中不再推荐使用，并且根据社区版本迭代策略，在1.25及以上版本的集群中，ServiceAccount将不会自动创建对应的Secret。可参考kubernetes官方提供的如何创建长期token: https://kubernetes.io/zh-cn/docs/tasks/configure-pod-container/configure-service-account/#manually-create-an-api-token-for-a-serviceaccount

将对应token保存为文件，为了演示便利，本Prometheus使用虚拟形态部署

在prometheus配置中写入其他集群信息，并启动

- job_name: k8s_cAdvisor
    scheme: https
    bearer_token_file: k8s_token
    tls_config:
      insecure_skip_verify: true
    kubernetes_sd_configs:  #kubernetes 自动发现配置
    - role: node    #node类型的自动发现
      bearer_token_file: k8s_token   #步骤1中创建的token文件
      api_server: https://192.168.0.153:5443  #k8s集群 apiserver地址
      tls_config:
        insecure_skip_verify: true   #跳过对服务端的认证
    relabel_configs:  #用于在抓取metrics之前修改target的已有标签
    - target_label: __address__
      replacement: 192.168.0.153:5443
      action: replace
      ##将metrics_path地址转换为/api/v1/nodes/${1}/proxy/metrics/cadvisor
      #相当于通过APIServer代理到kubelet上获取数据
    - source_labels: [__meta_kubernetes_node_name]   #指定我们需要处理的源标签
      regex: (.+)    #匹配源标签的值,(.+)表示源标签什么值都可以匹配上
      target_label: __metrics_path__     #指定了需要replace后的标签
      replacement: /api/v1/nodes/${1}/proxy/metrics/cadvisor  # 表示替换后的标签即__metrics_path__  对应的值。其中${1}表示正则匹配的值，即nodename
    - target_label: cluster  为该集群下的node节点打上cluster标签便于分组管理
      replacement: k8s   #为cluster标签赋值，值可以是集群名称或者其他唯一标识符

###该job用于监控另一个集群
  - job_name: k8s02_cAdvisor
    scheme: https
    bearer_token_file: k8s02_token
    tls_config:
      insecure_skip_verify: true
    kubernetes_sd_configs: 
    - role: node    
      bearer_token_file: k8s02_token  #步骤1中创建的token文件
      api_server: https://192.168.0.147:5443
      tls_config:
        insecure_skip_verify: true
    relabel_configs:
    - target_label: __address__
      replacement: 192.168.0.147:5443
      action: replace
    - source_labels: [__meta_kubernetes_node_name]
      regex: (.+)
      target_label: __metrics_path__
      replacement: /api/v1/nodes/${1}/proxy/metrics/cadvisor
    - target_label: cluster
      replacement: k8s02

启动prometheus服务: ./prometheus --config.file=prometheus.yml

3.2 prometheus联邦操作

Prometheus支持拉取其他Prometheus的数据到本地，称为联邦机制。这样我们可以在每个集群内部署一个Prometheus，然后部署一个global Prometheus用于拉取每个集群内部的Prometheus数据进行汇总。

增加联邦配置信息，并重启

  - job_name: 'federate-k8s01'
    scrape_interval: 15s

    honor_labels: true
    metrics_path: '/federate'          #固定配置

    params:
      'match[]':
       - '{job="istio-mesh"}'           #目标prometheus的监控job列表 ，根据实际情况填写
       - '{job="kubernetes-cadvisor"}' 

    static_configs:
      - targets:
        - '100.85.123.205:32298'        #目标prometheus的访问地址