使用 prometheus-operator 监控 Kubernetes 集群
注意：
Prometheus-operator 已经改名为 Kube-promethues
参考：
- https://www.liangzl.com/get-article-detail-126792.html
- https://blog.51cto.com/zgui2000/2388379
- http://www.gdjmqj.com/news/hulianwang/10721.html
系统参数：
- Prometheus Operator版本： 0.29 (Prometheus Operator更名为Kube-Prometheus，且版本变为：0.1.0)
- Kubernetes 版本： 1.14.0
- 项目 Github 地址： https://github.com/coreos/kube-prometheus
更快捷部署
可以从本人的 Github 下载已经修改过的部署文件进行快速部署，不必按博文修改配置，按照里面的 README.md 部署说明进行安装即可，顺便点颗小星星哦。
地址： https://github.com/my-dlq/blog-example/tree/master/kubernetes/prometheus-operator
这里推荐手动下来源码安装，不推荐 helm 方式，因为很多东西需要手动配置进行改动。
一、介绍
1、Kubernetes Operator 介绍
在 Kubernetes 的支持下，管理和伸缩 Web 应用、移动应用后端以及 API 服务都变得比较简单了。其原因是这些应用一般都是无状态的，所以 Deployment 这样的基础 Kubernetes API 对象就可以在无需附加操作的情况下，对应用进行伸缩和故障恢复了。
而对于数据库、缓存或者监控系统等有状态应用的管理，就是个挑战了。这些系统需要应用领域的知识，来正确的进行伸缩和升级，当数据丢失或不可用的时候，要进行有效的重新配置。我们希望这些应用相关的运维技能可以编码到软件之中，从而借助 Kubernetes 的能力，正确的运行和管理复杂应用。
Operator 这种软件，使用 TPR(第三方资源，现在已经升级为 CRD) 机制对 Kubernetes API 进行扩展，将特定应用的知识融入其中，让用户可以创建、配置和管理应用。和 Kubernetes 的内置资源一样，Operator 操作的不是一个单实例应用，而是集群范围内的多实例。
2、Prometheus Operator 介绍
Kubernetes 的 Prometheus Operator 为 Kubernetes 服务和 Prometheus 实例的部署和管理提供了简单的监控定义。
安装完毕后，Prometheus Operator提供了以下功能：
- 创建/毁坏： 在 Kubernetes namespace 中更容易启动一个 Prometheus 实例，一个特定的应用程序或团队更容易使用Operator。
- 简单配置: 配置 Prometheus 的基础东西，比如在 Kubernetes 的本地资源 versions, persistence, retention policies, 和 replicas。
- Target Services 通过标签： 基于常见的Kubernetes label查询，自动生成监控target 配置；不需要学习普罗米修斯特定的配置语言。
3、Prometheus Operator 系统架构图
- Operator： Operator 资源会根据自定义资源（Custom Resource Definition / CRDs）来部署和管理 Prometheus Server，同时监控这些自定义资源事件的变化来做相应的处理，是整个系统的控制中心。
- Prometheus： Prometheus 资源是声明性地描述 Prometheus 部署的期望状态。
- Prometheus Server： Operator 根据自定义资源 Prometheus 类型中定义的内容而部署的 Prometheus Server 集群，这些自定义资源可以看作是用来管理 Prometheus Server 集群的 StatefulSets 资源。
- ServiceMonitor： ServiceMonitor 也是一个自定义资源，它描述了一组被 Prometheus 监控的 targets 列表。该资源通过 Labels 来选取对应的 Service Endpoint，让 Prometheus Server 通过选取的 Service 来获取 Metrics 信息。
- Service： Service 资源主要用来对应 Kubernetes 集群中的 Metrics Server Pod，来提供给 ServiceMonitor 选取让 Prometheus Server 来获取信息。简单的说就是 Prometheus 监控的对象，例如 Node Exporter Service、Mysql Exporter Service 等等。
- Alertmanager： Alertmanager 也是一个自定义资源类型，由 Operator 根据资源描述内容来部署 Alertmanager 集群。
二、拉取 Prometheus Operator
先从 Github 上将源码拉取下来，利用源码项目已经写好的 kubernetes 的 yaml 文件进行一系列集成镜像的安装，如 grafana、prometheus 等等。
从 GitHub 拉取 Prometheus Operator 源码
$ wget https://github.com/coreos/kube-prometheus/archive/v0.1.0.tar.gz
解压
$ tar -zxvf v0.1.0.tar.gz
三、进行文件分类
由于它的文件都存放在项目源码的 manifests 文件夹下，所以需要进入其中进行启动这些 kubernetes 应用 yaml 文件。又由于这些文件堆放在一起，不利于分类启动，所以这里将它们分类。
进入源码的 manifests 文件夹
$ cd kube-prometheus-0.1.0/manifests/
创建文件夹并且将 yaml 文件分类
# 创建文件夹
$ mkdir -p operator node-exporter alertmanager grafana kube-state-metrics prometheus serviceMonitor adapter
# 移动 yaml 文件，进行分类到各个文件夹下
mv *-serviceMonitor* serviceMonitor/
mv 0prometheus-operator* operator/
mv grafana-* grafana/
mv kube-state-metrics-* kube-state-metrics/
mv alertmanager-* alertmanager/
mv node-exporter-* node-exporter/
mv prometheus-adapter* adapter/
mv prometheus-* prometheus/
基本目录结构如下：
manifests/
├── 00namespace-namespace.yaml
├── adapter
│ ├── prometheus-adapter-apiService.yaml
│ ├── prometheus-adapter-clusterRoleAggregatedMetricsReader.yaml
│ ├── prometheus-adapter-clusterRoleBindingDelegator.yaml
│ ├── prometheus-adapter-clusterRoleBinding.yaml
│ ├── prometheus-adapter-clusterRoleServerResources.yaml
│ ├── prometheus-adapter-clusterRole.yaml
│ ├── prometheus-adapter-configMap.yaml
│ ├── prometheus-adapter-deployment.yaml
│ ├── prometheus-adapter-roleBindingAuthReader.yaml
│ ├── prometheus-adapter-serviceAccount.yaml
│ └── prometheus-adapter-service.yaml
├── alertmanager
│ ├── alertmanager-alertmanager.yaml
│ ├── alertmanager-secret.yaml
│ ├── alertmanager-serviceAccount.yaml
│ └── alertmanager-service.yaml
├── grafana
│ ├── grafana-dashboardDatasources.yaml
│ ├── grafana-dashboardDefinitions.yaml
│ ├── grafana-dashboardSources.yaml
│ ├── grafana-deployment.yaml
│ ├── grafana-serviceAccount.yaml
│ └── grafana-service.yaml
├── kube-state-metrics
│ ├── kube-state-metrics-clusterRoleBinding.yaml
│ ├── kube-state-metrics-clusterRole.yaml
│ ├── kube-state-metrics-deployment.yaml
│ ├── kube-state-metrics-roleBinding.yaml
│ ├── kube-state-metrics-role.yaml
│ ├── kube-state-metrics-serviceAccount.yaml
│ └── kube-state-metrics-service.yaml
├── node-exporter
│ ├── node-exporter-clusterRoleBinding.yaml
│ ├── node-exporter-clusterRole.yaml
│ ├── node-exporter-daemonset.yaml
│ ├── node-exporter-serviceAccount.yaml
│ └── node-exporter-service.yaml
├── operator
│ ├── 0prometheus-operator-0alertmanagerCustomResourceDefinition.yaml
│ ├── 0prometheus-operator-0prometheusCustomResourceDefinition.yaml
│ ├── 0prometheus-operator-0prometheusruleCustomResourceDefinition.yaml
│ ├── 0prometheus-operator-0servicemonitorCustomResourceDefinition.yaml
│ ├── 0prometheus-operator-clusterRoleBinding.yaml
│ ├── 0prometheus-operator-clusterRole.yaml
│ ├── 0prometheus-operator-deployment.yaml
│ ├── 0prometheus-operator-serviceAccount.yaml
│ └── 0prometheus-operator-service.yaml
├── prometheus
│ ├── prometheus-clusterRoleBinding.yaml
│ ├── prometheus-clusterRole.yaml
│ ├── prometheus-prometheus.yaml
│ ├── prometheus-roleBindingConfig.yaml
│ ├── prometheus-roleBindingSpecificNamespaces.yaml
│ ├── prometheus-roleConfig.yaml
│ ├── prometheus-roleSpecificNamespaces.yaml
│ ├── prometheus-rules.yaml
│ ├── prometheus-serviceAccount.yaml
│ └── prometheus-service.yaml
└── serviceMonitor
├── 0prometheus-operator-serviceMonitor.yaml
├── alertmanager-serviceMonitor.yaml
├── grafana-serviceMonitor.yaml
├── kube-state-metrics-serviceMonitor.yaml
├── node-exporter-serviceMonitor.yaml
├── prometheus-serviceMonitorApiserver.yaml
├── prometheus-serviceMonitorCoreDNS.yaml
├── prometheus-serviceMonitorKubeControllerManager.yaml
├── prometheus-serviceMonitorKubelet.yaml
├── prometheus-serviceMonitorKubeScheduler.yaml
└── prometheus-serviceMonitor.yaml
四、修改源码 yaml 文件
由于这些 yaml 文件中设置的应用镜像国内无法拉取下来，所以修改源码中的这些 yaml 的镜像设置，替换镜像地址方便拉取安装。再之后因为需要将 Grafana & Prometheus 通过 NodePort 方式暴露出去，所以也需要修改这两个应用的 service 文件。
可以从本人的 Github 下载已经修改过的部署文件，地址： https://github.com/my-dlq/blog-example/tree/master/prometheus-operator 可以按照里面的 README.md 部署说明进行安装部署。
1、修改镜像
(1)、修改 operator
修改 0prometheus-operator-deployment.yaml
$ vim operator/0prometheus-operator-deployment.yaml
改成如下：
......
containers:
- args:
- --kubelet-service=kube-system/kubelet
- --logtostderr=true
- --config-reloader-image=quay-mirror.qiniu.com/coreos/configmap-reload:v0.0.1 #修改镜像
- --prometheus-config-reloader=quay-mirror.qiniu.com/coreos/prometheus-config-reloader:v0.29.0 #修改镜像
image: quay-mirror.qiniu.com/coreos/prometheus-operator:v0.29.0 #修改镜像
......
(2)、修改 adapter
修改 prometheus-adapter-deployment.yaml
$ vim adapter/prometheus-adapter-deployment.yaml
改成如下：
......
containers:
- args:
- --cert-dir=/var/run/serving-cert
- --config=/etc/adapter/config.yaml
- --logtostderr=true
- --metrics-relist-interval=1m
- --prometheus-url=http://prometheus-k8s.monitoring.svc:9090/
- --secure-port=6443
image: quay-mirror.qiniu.com/coreos/k8s-prometheus-adapter-amd64:v0.4.1 #修改镜像
name: prometheus-adapter
......
(3)、修改 alertmanager
修改 alertmanager-alertmanager.yaml
$ vim alertmanager/alertmanager-alertmanager.yaml
改成如下：
......
spec:
baseImage: quay-mirror.qiniu.com/prometheus/alertmanager #修改镜像
nodeSelector:
beta.kubernetes.io/os: linux
replicas: 3
securityContext:
fsGroup: 2000
runAsNonRoot: true
runAsUser: 1000
serviceAccountName: alertmanager-main
version: v0.17.0
(4)、修改 node-exporter
修改 node-exporter-daemonset.yaml
$ vim node-exporter/node-exporter-daemonset.yaml
改成如下：
......
containers:
- args:
- --web.listen-address=127.0.0.1:9100
image: quay-mirror.qiniu.com/prometheus/node-exporter:v0.17.0 #修改镜像
......
- args:
- --logtostderr
- --upstream=http://127.0.0.1:9100/
image: quay-mirror.qiniu.com/coreos/kube-rbac-proxy:v0.4.1 #修改镜像
......
(5)、修改 kube-state-metrics
修改 kube-state-metrics-deployment.yaml 文件
$ vim kube-state-metrics/kube-state-metrics-deployment.yaml
改成如下：
......
containers:
- args:
- --logtostderr
- --secure-listen-address=:8443
- --tls-cipher-suites=TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256
- --upstream=http://127.0.0.1:8081/
image: quay-mirror.qiniu.com/coreos/kube-rbac-proxy:v0.4.1 #修改镜像
name: kube-rbac-proxy-main
- args:
- --logtostderr
- --secure-listen-address=:9443
- --tls-cipher-suites=TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256
- --upstream=http://127.0.0.1:8082/
image: quay-mirror.qiniu.com/coreos/kube-rbac-proxy:v0.4.1 #修改镜像
name: kube-rbac-proxy-self
- args:
- --host=127.0.0.1
- --port=8081
- --telemetry-host=127.0.0.1
- --telemetry-port=8082
image: quay-mirror.qiniu.com/coreos/kube-state-metrics:v1.5.0 #修改镜像
name: kube-state-metrics
- command:
- /pod_nanny
- --container=kube-state-metrics
- --deployment=kube-state-metrics
- name: MY_POD_NAMESPACE
valueFrom:
fieldRef:
apiVersion: v1
fieldPath: metadata.namespace
image: registry.aliyuncs.com/google_containers/addon-resizer:1.8.4 #修改镜像
name: addon-resizer
......
(6)、修改 node-exporter
修改 node-exporter-daemonset.yaml 文件
$ vim prometheus/prometheus-prometheus.yaml
改成如下：
......
spec:
alerting:
alertmanagers:
- name: alertmanager-main
namespace: monitoring
port: web
baseImage: quay-mirror.qiniu.com/prometheus/prometheus #修改镜像
nodeSelector:
beta.kubernetes.io/os: linux
replicas: 2
resources:
requests:
memory: 400Mi
ruleSelector:
matchLabels:
prometheus: k8s
role: alert-rules
securityContext:
fsGroup: 2000
runAsNonRoot: true
runAsUser: 1000
serviceAccountName: prometheus-k8s
serviceMonitorNamespaceSelector: {}
serviceMonitorSelector: {}
version: v2.7.2
2、修改 Service 端口设置
(1)、修改 Prometheus Service
修改 prometheus-service.yaml 文件
$ vim prometheus/prometheus-service.yaml
修改prometheus Service端口类型为NodePort，设置nodePort端口为32101
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
labels:
prometheus: k8s
name: prometheus-k8s
namespace: monitoring
spec:
type: NodePort
ports:
- name: web
port: 9090
targetPort: web
nodePort: 32101
selector:
app: prometheus
prometheus: k8s
sessionAffinity: ClientIP
(2)、修改 Grafana Service
修改 grafana-service.yaml 文件
$ vim grafana/grafana-service.yaml
修改garafana Service端口类型为NodePort，设置nodePort端口为32102
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
labels:
app: grafana
name: grafana
namespace: monitoring
spec:
type: NodePort
ports:
- name: http
port: 3000
targetPort: http
nodePort: 32102
selector:
app: grafana
3、修改数据持久化存储
prometheus 实际上是通过 emptyDir 进行挂载的，我们知道 emptyDir 挂载的数据的生命周期和 Pod 生命周期一致的，如果 Pod 挂掉了，那么数据也就丢失了，这也就是为什么我们重建 Pod 后之前的数据就没有了的原因，所以这里修改它的持久化配置。
(1)、创建 StorageClass
创建一个名称为 fast 的 StorageClass,不同的存储驱动创建的 StorageClass 配置也不同，下面提供基于”GlusterFS”和”NFS”两种配置，如果是NFS存储，请提前确认集群中是否存在”nfs-provisioner”应用。
GlusterFS 存储的 StorageClass 配置
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
name: fast #---SorageClass 名称
provisioner: kubernetes.io/glusterfs #---标识 provisioner 为 GlusterFS
parameters:
resturl: "http://10.10.249.63:8080"
restuser: "admin"
gidMin: "40000"
gidMax: "50000"
volumetype: "none" #---分布巻模式，不提供备份，正式环境切勿用此模式
NFS 存储的 StorageClass 配置
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
name: fast
provisioner: nfs-client #---动态卷分配应用设置的名称，必须和集群中的"nfs-provisioner"应用设置的变量名称保持一致
parameters:
archiveOnDelete: "true" #---设置为"false"时删除PVC不会保留数据,"true"则保留数据
(2)、修改 Prometheus 持久化
修改 prometheus-prometheus.yaml 文件
$ vim prometheus/prometheus-prometheus.yaml
prometheus是一种 StatefulSet 有状态集的部署模式，所以直接将 StorageClass 配置到里面，在下面的yaml中最下面添加持久化配置：
apiVersion: monitoring.coreos.com/v1
kind: Prometheus
metadata:
labels:
prometheus: k8s
name: k8s
namespace: monitoring
spec:
alerting:
alertmanagers:
- name: alertmanager-main
namespace: monitoring
port: web
baseImage: quay-mirror.qiniu.com/prometheus/prometheus
nodeSelector:
beta.kubernetes.io/os: linux
replicas: 2
resources:
requests:
memory: 400Mi
ruleSelector:
matchLabels:
prometheus: k8s
role: alert-rules
securityContext:
fsGroup: 2000
runAsNonRoot: true
runAsUser: 1000
serviceAccountName: prometheus-k8s
serviceMonitorNamespaceSelector: {}
serviceMonitorSelector: {}
version: v2.7.2
storage: #----添加持久化配置，指定StorageClass为上面创建的fast
volumeClaimTemplate:
spec:
storageClassName: fass #---指定为fast
resources:
requests:
storage: 10Gi
(3)、修改 Grafana 持久化配置
创建 grafana-pvc.yaml 文件
由于 Grafana 是部署模式为 Deployment，所以我们提前为其创建一个 grafana-pvc.yaml 文件，加入下面 PVC 配置。
kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
name: grafana
namespace: monitoring #---指定namespace为monitoring
spec:
storageClassName: fast #---指定StorageClass为上面创建的fast
accessModes:
- ReadWriteOnce
resources:
requests:
storage: 5Gi
修改 grafana-deployment.yaml 文件设置持久化配置，应用上面的 PVC
$ vim grafana/grafana-deployment.yaml
将 volumes 里面的 “grafana-storage” 配置注掉，新增如下配置，挂载一个名为 grafana 的 PVC
......
volumes:
- name: grafana-storage #-------新增持久化配置
persistentVolumeClaim:
claimName: grafana #-------设置为创建的PVC名称
#- emptyDir: {} #-------注释掉旧的配置
# name: grafana-storage
- name: grafana-datasources
secret:
secretName: grafana-datasources
- configMap:
name: grafana-dashboards
name: grafana-dashboards
......
五、部署前各节点提前下载镜像
为了保证服务启动速度，所以最好部署节点提前下载所需镜像。
docker pull quay-mirror.qiniu.com/coreos/configmap-reload:v0.0.1
docker pull quay-mirror.qiniu.com/coreos/prometheus-config-reloader:v0.29.0
docker pull quay-mirror.qiniu.com/coreos/prometheus-operator:v0.29.0
docker pull quay-mirror.qiniu.com/coreos/k8s-prometheus-adapter-amd64:v0.4.1
docker pull quay-mirror.qiniu.com/prometheus/alertmanager:v0.17.0
docker pull quay-mirror.qiniu.com/prometheus/node-exporter:v0.17.0
docker pull quay-mirror.qiniu.com/coreos/kube-rbac-proxy:v0.4.1
docker pull quay-mirror.qiniu.com/coreos/kube-state-metrics:v1.5.0
docker pull registry.aliyuncs.com/google_containers/addon-resizer:1.8.4
docker pull quay-mirror.qiniu.com/prometheus/prometheus:v2.7.2
六、更改 kubernetes 配置与创建对应 Service
必须提前设置一些 Kubernetes 中的配置，否则 kube-scheduler 和 kube-controller-manager 无法监控到数据。
1、更改 kubernetes 配置
由于 Kubernetes 集群是由 kubeadm 搭建的，其中 kube-scheduler 和 kube-controller-manager 默认绑定 IP 是 127.0.0.1 地址。Prometheus Operator 是通过节点 IP 去访问，所以我们将 kube-scheduler 绑定的地址更改成 0.0.0.0。
(1)、修改 kube-scheduler 配置
编辑 /etc/kubernetes/manifests/kube-scheduler.yaml 文件
$ vim /etc/kubernetes/manifests/kube-scheduler.yaml
将 command 的 bind-address 地址更改成 0.0.0.0
......
spec:
containers:
- command:
- kube-scheduler
- --bind-address=0.0.0.0 #改为0.0.0.0
- --kubeconfig=/etc/kubernetes/scheduler.conf
- --leader-elect=true
......
(2)、修改 kube-controller-manager 配置
编辑 /etc/kubernetes/manifests/kube-controller-manager.yaml 文件
$ vim /etc/kubernetes/manifests/kube-controller-manager.yaml
将 command 的 bind-address 地址更改成 0.0.0.0
spec:
containers:
- command:
- kube-controller-manager
- --allocate-node-cidrs=true
- --authentication-kubeconfig=/etc/kubernetes/controller-manager.conf
- --authorization-kubeconfig=/etc/kubernetes/controller-manager.conf
- --bind-address=0.0.0.0 #改为0.0.0.0
......
2、创建 kube-scheduler & controller-manager 对应 Service
因为 Prometheus Operator 配置监控对象 serviceMonitor 是根据 label 选取 Service 来进行监控关联的，而通过 Kuberadm 安装的 Kubernetes 集群只创建了 kube-scheduler & controller-manager 的 Pod 并没有创建 Service，所以 Prometheus Operator 无法这两个组件信息，这里我们收到创建一下这俩个组件的 Service。
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
namespace: kube-system
name: kube-controller-manager
labels:
k8s-app: kube-controller-manager
spec:
selector:
component: kube-controller-manager
type: ClusterIP
clusterIP: None
ports:
- name: http-metrics
port: 10252
targetPort: 10252
protocol: TCP
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
namespace: kube-system
name: kube-scheduler
labels:
k8s-app: kube-scheduler
spec:
selector:
component: kube-scheduler
type: ClusterIP
clusterIP: None
ports:
- name: http-metrics
port: 10251
targetPort: 10251
protocol: TCP
如果是二进制部署还得创建对应的 Endpoints 对象将两个组件挂入到 kubernetes 集群内，然后通过 Service 提供访问，才能让 Prometheus 监控到。
七、安装Prometheus Operator
所有文件都在 manifests 目录下执行。
1、创建 namespace
$ kubectl apply -f 00namespace-namespace.yaml
2、安装 Operator
$ kubectl apply -f operator/
查看 Pod，等 pod 创建起来在进行下一步
$ kubectl get pods -n monitoring
NAME READY STATUS RESTARTS
prometheus-operator-5d6f6f5d68-mb88p 1/1 Running 0
3、安装其它组件
kubectl apply -f adapter/
kubectl apply -f alertmanager/
kubectl apply -f node-exporter/
kubectl apply -f kube-state-metrics/
kubectl apply -f grafana/
kubectl apply -f prometheus/
kubectl apply -f serviceMonitor/
查看 Pod 状态
$ kubectl get pods -n monitoring
NAME READY STATUS RESTARTS
alertmanager-main-0 2/2 Running 0
alertmanager-main-1 2/2 Running 0
alertmanager-main-2 2/2 Running 0
grafana-b6bd6d987-2kr8w 1/1 Running 0
kube-state-metrics-6f7cd8cf48-ftkjw 4/4 Running 0
node-exporter-4jt26 2/2 Running 0
node-exporter-h88mw 2/2 Running 0
node-exporter-mf7rr 2/2 Running 0
prometheus-adapter-df8b6c6f-jfd8m 1/1 Running 0
prometheus-k8s-0 3/3 Running 0
prometheus-k8s-1 3/3 Running 0
prometheus-operator-5d6f6f5d68-mb88p 1/1 Running 0
八、查看 Prometheus & Grafana
1、查看 Prometheus
打开地址： http://192.168.2.11:32101 查看 Prometheus 采集的目标，看其各个采集服务状态有木有错误。
2、查看 Grafana
打开地址： http://192.168.2.11:32102 查看 Grafana 图表，看其 Kubernetes 集群是否能正常显示。
- 默认用户名：admin
- 默认密码：admin
可以看到各种仪表盘
