监控概述

什么是监控

监控是整个运维乃至整个产品生命周期中最重要的一环，事前及时预警发现故障，事后提供详实的数据用于追查定位问题。

目前业界有很多不错的开源产品可供选择。选择一款开源的监控系统，是一个省时省力、效率最高的方案。当然，对监控不是很明白的朋友们，看了以下文章可能会对监控整个体系有比较深刻的认识。

为什么做监控

监控怎么做

初识Prometheus

历史

起源：Prometheus项目最初由SoundCloud的工程师团队于2012年开始开发。

开源发布：2015年，Prometheus首次作为开源项目发布，并迅速获得了广泛的关注和采用。Prometheus的开源模型吸引了全球开发者社区的参与和贡献，使得项目得以快速发展和改进。

CNCF孵化：2016年，Prometheus加入了云原生计算基金会（CNCF），成为其维护的项目之一。

CNCF毕业：2018 年 ，云原生计算基金会（CNCF）宣布开源监控工具Prometheus已从孵化状态进入毕业状态。要到达这一评级，一个项目必须展示其增长，文档、有组织的治理流程、对社区可持续性和包容性的承诺。

架构图

组件

Prometheus server：Prometheus组件中的核心部分，负责实现对监控数据的获取，存储以及查询。

Exporter：将被监控的服务的数据通过HTTP服务的形式暴露给Prometheus Server。

Alertnamager：如果满足定义的告警规则被触发，就会产生一条告警，AlertManager用户管理后续的告警流程，如告警渠道，告警抑制与静默等。

Pushgateway：由于Prometheus数据采集基于Pull模型进行设计，因此在网络环境的配置上必须要让Prometheus Server能够直接与Exporter进行通信。 当这种网络需求无法直接满足时，就可以利用PushGateway来进行中转。

优缺点

优点

• 部署极为简单且组建较少，大大缩短监控部署时间。

• 天生支持容器监控。

• 周边插件非常丰富，大量的exporter拿来即用。

• 大量的服务开始原生支持Prometheus，如Apollo/RabbitMQ等。

• 采用时序型数据库，查询快人一步。

• 开源且社区活跃，bug修复快。

• 非常方便地在应用程序中进行集成，研发同学可讲自己的应用程序纳入到Prometheus监控中。

• 结合Grafana出图美观，汇报首选。

不足

• 中文文档匮乏，自学成本高。
• 监控数据需要通过数学计算得出，少数时候需要自己研究指标含义及修改数学计算公式。
• 对集群支持较差。

Prometheu部署

快速部署

Prometheus下载地址为https://prometheus.io/download/。

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cd /usr/local/src/
wget https://github.com/prometheus/prometheus/releases/download/v2.48.1/prometheus-2.48.1.linux-amd64.tar.gz

解压Prometheus安装包。

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tar xf prometheus-2.48.1.linux-amd64.tar.gz -C /opt/
ln -s /opt/prometheus-2.48.1.linux-amd64/ /opt/prometheus

创建用户，用于运行Prometheus。

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useradd -M prometheus
chown -R prometheus. /opt/prometheus*

配置systemd。

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cat > /etc/systemd/system/prometheus.service << EOF
[Unit]
Description=Prometheus Server
Documentation=https://prometheus.io/docs/introduction/overview/
After=network-online.target

[Service]
User=prometheus
Group=prometheus
Restart=on-failure
ExecStart=/opt/prometheus/prometheus \
  --config.file=/opt/prometheus/prometheus.yml \
  --storage.tsdb.path=/opt/prometheus/data \
  --storage.tsdb.retention.time=30d

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

启动服务，并加入开机自启。

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systemctl daemon-reload
systemctl start prometheus.service
systemctl enable prometheus.service
systemctl status prometheus.service

prometheus 使用的是 9090 端口。

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netstat -lnpt | grep 9090
tcp6       0      0 :::9090                 :::*                    LISTEN      8121/prometheus

通过浏览器访问Prometheus，我看可查看监控。如我们可以一下语句查询healthy接口被请求的次数。

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prometheus_http_requests_total{handler="/-/healthy"}

初识配置文件

我们是如何获取到Prometheus相关的监控数据的呢？

在启动Promethues的时候，我们指定了配置文件的路径。我们一起来看看配置文件的内容。

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grep -Ev "^ *#|^$" /opt/prometheus/prometheus.yml

global:
  scrape_interval: 15s # 设置采集数据时间间隔，默认为1分钟采集一次。
  evaluation_interval: 15s # 假设CPU超过80%报警，每15S会去做一次判断，默认1分钟判断一次。
alerting:
  alertmanagers:
    - static_configs:
        - targets:
rule_files:
scrape_configs:
  - job_name: "prometheus" # 包含相同类型的实例instance。
    static_configs:
      - targets: ["localhost:9090"] # 定义要被监控的节点，可以是多个，也叫instance。

Prometheus采集精度可以精确到1-5秒，提升监控的精细程度。但是过于频繁的采集，会带来存储成本的增加及性能瓶颈。

根据以上配置文件，Prometheus会每隔15s去请求一次http://localhost:9090/metrics。

认识metrics

metric通常由指标名称metric name和标签label组成，格式如下：

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

其中prometheus_http_requests_total为指标名称，其中{}为标签。

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# HELP prometheus_http_requests_total Counter of HTTP requests.
# TYPE prometheus_http_requests_total counter
prometheus_http_requests_total{code="200",handler="/"} 0
prometheus_http_requests_total{code="200",handler="/-/healthy"} 3
prometheus_http_requests_total{code="200",handler="/-/quit"} 0
prometheus_http_requests_total{code="200",handler="/-/ready"} 2
prometheus_http_requests_total{code="200",handler="/-/reload"} 0

metrics类型

Prometheus客户库提供了四个核心的metrics类型。

Counter(计数器)

Counter是一种累积指标，它的值随着时间的推移，只会单调递增。当重启时，它的值重置为零。

例如，您可以使用counter来表示所服务的请求数、已完成的任务数或错误数。上述prometheus_http_requests_total就是counter类型。

不要使用计数器来暴露可能减小的值。 例如，不要使用计数器来计算当前正在运行的进程数。

Gauge(测量器)

Gauge可以表示任意上升和下降的单个数值。

例如：可以使用Gauge来表示当内存使用情况等，但也用于可上下的“计数”，例如并发请求数。

Histogram(柱状图)

Histogram是柱状图，表示对目标请求持续的时间或目标响应的大小进行采样，并将它们计数到可配置的存储桶(bucket)中。 有如下作用：

• 对每个采样点进行统计，打到各个分类值中(bucket)。

• 对每个采样点值累计和(sum)。

• 对采样点的次数累计和(count)。

Summary采样点分位图

类似于Histogram，有如下作用：

• 对于每个采样点进行统计，并形成分位图。（如：正态分布一样，统计低于60分不及格的同学比例，统计低于80分的同学比例，统计低于95分的同学比例。）

• 统计班上所有同学的总成绩(sum)。

• 统计班上同学的考试总人数(count)。

自动化生成的标签

当Prometheus抓取目标时，它会自动在抓取的时间序列上附加一些标签，用于表示抓取的目标。

• job: 目标所属的配置任务名称。
• instance: 采样点所在服务: host:port。

如果以上两个标签二者之一存在于采样点中，这个取决于honor_labels配置选项。

对于每个instance，Prometheus还会增加以下metric。

• up{job="[job-name]", instance="instance-id"}: up值=1，表示采样点所在服务健康; 否则，网络不通, 或者服务挂掉了
• scrape_duration_seconds{job="[job-name]", instance="[instance-id]"}: 尝试获取目前采样点的时间开销。
• scrape_samples_post_metric_relabeling{job="", instance=""}: 表示度量指标的标签变化后，标签没有变化的度量指标数量。
• scrape_samples_scraped{job="", instance=""}: 这个采样点目标暴露的样本点数量。

up是一个非常重要的指标，可通过up的状态判断服务是否健康。

主机监控

我们可以通过node_exporter从主机上抓取系统级别的指标数据。如CPU/内存/磁盘等。

下载并解压node_exporter。

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cd /usr/local/src
wget https://github.com/prometheus/node_exporter/releases/download/v1.7.0/node_exporter-1.7.0.linux-amd64.tar.gz
tar xf node_exporter-1.7.0.linux-amd64.tar.gz -C /opt
useradd -M ops
chmod -R ops. /opt/node_exporter*

配置启动文件。

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cat > /etc/systemd/system/node_exporter.service << EOF
[Unit]
Description=Node_exporter daemon
After=network.target

[Service]
ExecStart=/opt/node_exporter/node_exporter
User=ops
Group=ops
PrivateTmp=True

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

启动服务。

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systemctl daemon-reload
systemctl enable node_exporter
systemctl start node_exporter
systemctl status node_exporter

检查监听的端口。

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netstat  -lnpt | grep 9100
tcp6       0      0 :::9100                 :::*                    LISTEN      18313/node_exporter

修改Prometheus配置，添加如下内容。

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  - job_name: "node_exporter"
    static_configs:
      - targets: ["localhost:9100"]

平滑重启。

PromQL

数据可视化Grafana

Grafana是一个开源的数据可视化和监控平台。它提供了一个功能强大的仪表板和图表编辑器，可以将各种数据源的数据进行可视化展示，帮助用户实时监控和分析数据。

除了数据可视化外，Grafana还提供了强大的告警功能，用户可以设置条件和阈值，当监控指标超出预设的范围时，系统会发送警报通知。这使得用户可以及时发现和解决潜在的问题，保证系统的稳定性和可靠性。

下载及安装

可到Grafana官网下载，OSS为社区版，可免费使用。

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cd /usr/local/src/
wget https://dl.grafana.com/oss/release/grafana-10.2.3-1.x86_64.rpm
yum localinstall grafana-10.2.3-1.x86_64.rpm

启动服务。

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systemctl enable grafana-server
systemctl start grafana-server
systemctl status grafana-server

grafana默认监听在3000端口上。

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netstat -lnpt | grep grafana
tcp6       0      0 :::3000                 :::*                    LISTEN      18883/grafana

浏览器通过IP:Port的方式可访问grafana。

默认的用户名和密码均为admin，登录成功后，需要修改密码。

添加数据源

出图

出图

导入

在 https://grafana.com/grafana/dashboards?dataSource=prometheus 找到合适的模板并导入

集成ldap

权限控制

告警AlertManager

部署与配置

告警状态

分组

抑制

静默

一些经验

Push gateway

自动化监控

基于文件的服务发现

基于consul的服务发现

数百台主机接入监控

其他应用监控

进程监控

Nginx监控

LDAP监控

MySQL监控

jvm监控

windows监控

2.4 CPU使用的百分比

increase(node_cpu_seconds_total{mode="idle"}[1m])
increase(node_cpu_seconds_total[1m])

通过 metrics 我们可看出 node_cpu_seconds_total 数据类型为 counter

# TYPE node_cpu_seconds_total counter
node_cpu_seconds_total{cpu="0",mode="idle"} 27710.33
......

取值思路

1 - （ idle时间 / cpu占用总时间 )

取出 idle 占用的时间

node_cpu_seconds_total{mode="idle"}

取出 1min 内增加的 idle 占用的时间

increase(node_cpu_seconds_total{mode="idle"}[1m])

由于 cpu 是多核心的，可通过 sum 函数对结果进行聚合，但是会将不同的服务器不同的核心全都聚合成一条线

sum(increase(node_cpu_seconds_total{mode="idle"}[1m]))

通过 sum 配合 by 可根据不同类型的数据进行聚合

sum(increase(node_cpu_seconds_total{mode="idle"}[1m]))by(instance)

通过上述推算，我们可得

cpu 在 1min 内空闲的时间

sum(increase(node_cpu_seconds_total{mode="idle"}[1m]))by(instance)

cpu 在 1min 内总的时间

sum(increase(node_cpu_seconds_total[1m]))by(instance)

空闲时间占总时间的比值

sum(increase(node_cpu_seconds_total{mode="idle"}[1m]))by(instance)/sum(increase(node_cpu_seconds_total[1m]))by(instance)

CPU的使用率

(1-sum(increase(node_cpu_seconds_total{mode="idle"}[1m]))by(instance)/sum(increase(node_cpu_seconds_total[1m]))by(instance))*100

同理，cpu 的 io 时间百分比可通过以下公式获得

sum(increase(node_cpu_seconds_total{mode="iowait"}[1m]))by(instance)/sum(increase(node_cpu_seconds_total[1m]))by(instance)*100

2.5 基于文件的目标发现

通过编辑 prometheus.yml 可实现对节点的监控

  - job_name: 'node-exporter'
    static_configs:
    - targets: ['192.168.199.206:9100','192.168.199.207:9100']

也可以基于文件自动发现的方式实现此功能，修改 prometheus.yml 配置文件

  - job_name: 'node-exporter'
    file_sd_configs:
    - files: ['targets/*.json']
      refresh_interval: 5s

根据文件目录新建文件，若是通过 Docker 方式启动，需要注意配置文件的路径

/etc/prometheus $ cat targets/node-exporter.json
[{
  "targets": [
    "192.168.199.206:9100",
    "192.168.199.207:9100"
  ],
  "labels": {
    "datacenter":"NanJing"
  }
}]

重启启动 Prometheus 后，可以发现目标主机已经被发现

也可基于 DNS 实现目标发现