# 企业级实战模块五：Prometheus+Grafana企业级监控系统（上）

## 1 Prometheus介绍

### 1.1 Prometheus介绍

Prometheus是一个开源的系统监控和报警系统，现在已经加入到CNCF基金会，成为继k8s之后第二个在CNCF托管的项目，在kubernetes容器管理系统中，通常会搭配prometheus进行监控，同时也支持多种exporter采集数据，还支持pushgateway进行数据上报，Prometheus性能足够支撑上万台规模的集群。

### 1.2 Prometheus特点

1）多维度数据模型 每一个时间序列数据都由metric度量指标名称和它的标签labels键值对集合唯一确定： 这个metric度量指标名称指定监控目标系统的测量特征（如：http_requests_total- 接收http请求的总计数）。labels开启了Prometheus的多维数据模型：对于相同的度量名称，通过不同标签列表的结合, 会形成特定的度量维度实例。

(例如：所有包含度量名称为/api/tracks的http请求，打上method=POST的标签，则形成了具体的http请求)。这个查询语言在这些度量和标签列表的基础上进行过滤和聚合。改变任何度量上的任何标签值，则会形成新的时间序列图。

2）灵活的查询语言（PromQL）

可以对采集的metrics指标进行加法，乘法，连接等操作；

3）可以直接在本地部署，不依赖其他分布式存储；

4）通过基于HTTP的pull方式采集时序数据；

5）可以通过中间网关pushgateway的方式把时间序列数据推送到prometheus server端；

6）可通过服务发现或者静态配置来发现目标服务对象（targets）。

7）有多种可视化图像界面，如Grafana等。

8）高效的存储，每个采样数据占3.5 bytes左右，300万的时间序列，30s间隔，保留60天，消耗磁盘大概200G。

9）做高可用，可以对数据做异地备份，联邦集群，部署多套prometheus，pushgateway上报数据

### 1.3 Prometheus样本

在时间序列中的每一个点称为一个样本（sample），样本由以下三部分组成：

- 指标（metric）：指标名称和描述当前样本特征的 labelsets；
- 时间戳（timestamp）：一个精确到毫秒的时间戳；
- 样本值（value）： 一个 folat64 的浮点型数据表示当前样本的值。

**表示方式：**

通过如下表达方式表示指定指标名称和指定标签集合的时间序列：



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

例如，指标名称为 api_http_requests_total，标签为 method="POST" 和 handler="/messages" 的时间序列可以表示为：



```
api_http_requests_total{method="POST", handler="/messages"}
```

### 1.4 Prometheus组件介绍

1）Prometheus Server

用于收集和存储时间序列数据。

2）Client Library

客户端库，检测应用程序代码，当Prometheus抓取实例的HTTP端点时，客户端库会将所有跟踪的metrics指标的当前状态发送到prometheus server端。

3）Exporters

prometheus支持多种exporter，通过exporter可以采集metrics数据，然后发送到prometheus server端，所有向promtheus server提供监控数据的程序都可以被称为exporter

4）Alertmanager

从 Prometheus server 端接收到 alerts 后，会进行去重，分组，并路由到相应的接收方，发出报警，常见的接收方式有：电子邮件，微信，钉钉, slack等。

5）Grafana

监控仪表盘，可视化监控数据

6）pushgateway

各个目标主机可上报数据到pushgateway，然后prometheus server统一从pushgateway拉取数据。（被动模式）

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211101134528401.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211101134528401.png)

从上图可发现，Prometheus整个生态圈组成主要包括prometheus server，Exporter，pushgateway，alertmanager，grafana，Web ui界面，Prometheus server由三个部分组成，Retrieval，Storage，PromQL

- Retrieval负责在活跃的target主机上抓取监控指标数据
- Storage存储主要是把采集到的数据存储到磁盘中
- PromQL是Prometheus提供的查询语言模块

### 1.5 Prometheus工作流程

- Prometheus server可定期从活跃的（up）目标主机上（target）拉取监控指标数据，目标主机的监控数据可通过配置静态job或者服务发现（相当于zabbix的自动发现）的方式被prometheus server采集到，这种方式默认的pull方式拉取指标（主动模式）；也可通过pushgateway把采集的数据上报到prometheus server中（被动模式）；还可通过一些组件自带的exporter采集相应组件的数据；
- Prometheus server把采集到的监控指标数据保存到本地磁盘或者数据库；
- Prometheus采集的监控指标数据按时间序列存储，通过配置报警规则，把触发的报警发送到alertmanager
- Alertmanager通过配置报警接收方，发送报警到邮件，微信或者钉钉等
- Prometheus 自带的web ui界面提供PromQL查询语言，可查询监控数据
- Grafana可接入prometheus数据源，把监控数据以图形化形式展示出

### 1.6 Prometheus和zabbix对比分析

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3RpbnlfZHU=,size_16,color_FFFFFF,t_70)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3RpbnlfZHU=,size_16,color_FFFFFF,t_70)

## 2 Prometheus部署模式和数据类型

### 2.1 基本高可用 模式

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211101140908453.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211101140908453.png)

基本的HA模式只能确保Promthues服务的可用性问题，但是不解决Prometheus Server之间的数据一致性问题以及持久化问题(数据丢失后无法恢复)，也无法进行动态的扩展。因此这种部署方式适合监控规模不大，Promthues Server也不会频繁发生迁移的情况，并且只需要保存短周期监控数据的场景。

### 2.2 基本高可用远程存储

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211101141007729.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211101141007729.png)

在解决了Promthues服务可用性的基础上，同时确保了数据的持久化，当Promthues Server发生宕机或者数据丢失的情况下，可以快速的恢复。 同时Promthues Server可能很好的进行迁移。因此，该方案适用于用户监控规模不大，但是希望能够将监控数据持久化，同时能够确保Promthues Server的可迁移性的场景。

### 2.3 基本 HA + 远程存储 + 联邦集群方案

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211101141029477.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211101141029477.png)

Promthues的性能瓶颈主要在于大量的采集任务，因此用户需要利用Prometheus联邦集群的特性，将不同类型的采集任务划分到不同的Promthues子服务中，从而实现功能分区。例如一个Promthues Server负责采集基础设施相关的监控指标，另外一个Prometheus Server负责采集应用监控指标。再有上层Prometheus Server实现对数据的汇聚。

### 2.4 数据类型-Counter

Counter是计数器类型：

- Counter 用于累计值，例如记录请求次数、任务完成数、错误发生次数。
- 一直增加，不会减少。
- 重启进程后，会被重置。



```
http_response_total{method="GET",endpoint="/api/tracks"} 100
http_response_total{method="GET",endpoint="/api/tracks"} 160
```

Counter 类型数据可以让用户方便的了解事件产生的速率的变化，在PromQL内置的相关操作函数可以提供相应的分析，比如以HTTP应用请求量来进行说明：

- 通过rate()函数获取HTTP请求量的增长率



```
rate(http_requests_total[5m])
```

- 查询当前系统中，访问量前10的HTTP地址



```
topk(10, http_requests_total)
```

### 2.5 数据类型-Gauge

Gauge是测量器类型：

- Gauge是常规数值，例如温度变化、内存使用变化。
- 可变大，可变小。
- 重启进程后，会被重置



```
memory_usage_bytes{host="master-01"} 100
memory_usage_bytes{host="master-01"} 30
memory_usage_bytes{host="master-01"} 50
memory_usage_bytes{host="master-01"} 80
```

对于 Gauge 类型的监控指标，通过 PromQL 内置函数 delta() 可以获取样本在一段时间内的变化情况，例如，计算 CPU 温度在两小时内的差异：



```
dalta(cpu_temp_celsius{host="zeus"}[2h])
```

你还可以通过PromQL 内置函数 predict_linear() 基于简单线性回归的方式，对样本数据的变化趋势做出预测。例如，基于 2 小时的样本数据，来预测主机可用磁盘空间在 4 个小时之后的剩余情况：



```
predict_linear(node_filesystem_free{job="node"}[2h], 4 * 3600) < 0
```

### 2.6 数据类型- histogram

histogram是柱状图：

- 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。
- 对每个采样点值累计和(sum)
- 对采样点的次数累计和(count)

度量指标名称: [basename]_上面三类的作用度量指标名称



```
[basename]_bucket{le="上边界"}, 这个值为小于等于上边界的所有采样点数量
[basename]_sum
[basename]_count
```

备注：如果定义一个度量类型为Histogram，则Prometheus会自动生成三个对应的指标

### 2.7 数据类型-summary

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。 它也有三种作用：

- 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)

带有度量指标的[basename] 的 summary 在抓取时间序列数据有如命名。

- 观察时间的φ-quantiles (0 ≤ φ ≤ 1), 显示为 [basename] {分位数= “[φ]"}
- [basename]_sum 是指所有观察值的总和
- [basename]_count, 是指已观察到的事件计数值

样本值的分位数分布情况，命名为<basename>{ quantile="<Φ>"} 。

- 含义：这 12 次 http 请求中有 50% 的请求响应时间是 3.052404983s

  

  ```
  io_namespace_http_requests_latency_seconds_summary{path="/",method="GET",c ode="200",quantile="0.5",} 3.052404983
  ```

- 含义：这 12 次 http 请求中有 90% 的请求响应时间是 8.003261666s

  

  ```
  io_namespace_http_requests_latency_seconds_summary{path="/",method="GET",code="200",quantile="0.9",} 8.003261666
  ```

所有样本值的大小总和，命名为<basename>_sum

- 含义：这 12 次 http 请求的总响应时间为 51.029495508s

  

  ```
  io_namespace_http_requests_latency_seconds_summary_sum{path="/",metho d="GET",code="200",} 51.029495508
  ```

样本总数，命名为<basename>_count 。

- 含义：当前一共发生了 12 次 http 请求

  

  ```
  io_namespace_http_requests_latency_seconds_summary_count{path="/",method="GET",code="200",}12.0
  ```

Histogram 与 Summary 的异同：

- 它们都包含了<basename>_sum 和 <basename>_count 指标
- Histogram需要通过 <basename>_bucket 来计算分位数，而 Summary 则直接存储了分位数的值。



```
prometheus_tsdb_wal_fsync_duration_seconds{quantile="0.5"} 0.012352463
prometheus_tsdb_wal_fsync_duration_seconds{quantile="0.9"} 0.014458005
prometheus_tsdb_wal_fsync_duration_seconds{quantile="0.99"} 0.017316173
prometheus_tsdb_wal_fsync_duration_seconds_sum 2.888716127000002
prometheus_tsdb_wal_fsync_duration_seconds_count 216
```

从上面的样本中可以得知当前Promtheus Server 进行 wal_fsync 操作的总次数为 216 次，耗时2.88871612700000 2s 。其中中位数（ quantile=0.5 ）的耗时为 0.012352463 9 分位数（ quantile=0.9的耗时为 0.014458005s 。

### 2.8 使用柱状图原因

在大多数情况下人们都倾向于使用某些量化指标的平均值，例如 CPU 的平均使用率、页面的平均响应时间。这种方式的问题很明显，以系统 API 调用的平均响应时间为例：如果大多数 API 请求都维持在 100ms 的响应时间范围内，而个别请求的响应时间需要 5s，那么就会导致某些 WEB 页面的响应时间落到中位数的情况，而这种现象被称为长尾问题。

为了区分是平均的慢还是长尾的慢，最简单的方式就是按照请求延迟的范围进行分组。例如，统计延迟在 0~10ms 之间的请求数有多少，而 10~20ms 之间的请求数又有多少。通过这种方式可以快速分析系统慢的原因。Histogram 和 Summary 都是为了能够解决这样问题的存在，通过 Histogram 和 Summary 类型的监控指标，我们可以快速了解监控样本的分布情况。

Histogram 类型的样本会提供三种指标（假设指标名称为<basename>）：

样本的值分布在 bucket 中的数量，命名为 <basename>_bucket{le="<上边界>"}。解释的更通俗易懂一点，这个值表示指标值小于等于上边界的所有样本数量。

1）在总共2次请求当中。http 请求响应时间 <=0.005 秒 的请求次数为0



```
io_namespace_http_requests_latency_seconds_histogram_bucket{path="/",method="GET",code="200",le="0.005",} 0.0
```

2）在总共2次请求当中。http 请求响应时间 <=0.01 秒 的请求次数为0



```
io_namespace_http_requests_latency_seconds_histogram_bucket{path="/",method="GET",code="200",le="0.01",} 0.0
```

3）在总共2次请求当中。http 请求响应时间 <=0.025 秒 的请求次数为0



```
io_namespace_http_requests_latency_seconds_histogram_bucket{path="/",method="GET",code="200",le="0.025",} 0.0
io_namespace_http_requests_latency_seconds_histogram_bucket{path="/",method="GET",code="200",le="0.05",} 0.0
io_namespace_http_requests_latency_seconds_histogram_bucket{path="/",method="GET",code="200",le="0.075",} 0.0
io_namespace_http_requests_latency_seconds_histogram_bucket{path="/",method="GET",code="200",le="0.1",} 0.0
io_namespace_http_requests_latency_seconds_histogram_bucket{path="/",method="GET",code="200",le="0.25",} 0.0
io_namespace_http_requests_latency_seconds_histogram_bucket{path="/",method="GET",code="200",le="0.5",} 0.0
io_namespace_http_requests_latency_seconds_histogram_bucket{path="/",method="GET",code="200",le="0.75",} 0.0
io_namespace_http_requests_latency_seconds_histogram_bucket{path="/",method="GET",code="200",le="1.0",} 0.0
io_namespace_http_requests_latency_seconds_histogram_bucket{path="/",method="GET",code="200",le="2.5",} 0.0
io_namespace_http_requests_latency_seconds_histogram_bucket{path="/",method="GET",code="200",le="5.0",} 0.0
io_namespace_http_requests_latency_seconds_histogram_bucket{path="/",method="GET",code="200",le="7.5",} 2.0
```

4）在总共2次请求当中。http 请求响应时间 <=10 秒 的请求次数为 2



```
io_namespace_http_requests_latency_seconds_histogram_bucket{path="/",method="GET",code="200",le="10.0",} 2.0
io_namespace_http_requests_latency_seconds_histogram_bucket{path="/",method="GET",code="200",le="+Inf",} 2.0
```

5）实际含义： 发生的2次 http 请求总的响应时间为 13.107670803000001 秒



```
io_namespace_http_requests_latency_seconds_histogram_sum{path="/",method="GET",code="200",} 13.107670803000001
```

样本总数，命名为 <basename>_count。值和 <basename>_bucket{le="+Inf"} 相同。

6）实际含义： 当前一共发生了 2 次 http 请求



```
io_namespace_http_requests_latency_seconds_histogram_count{path="/",method="GET",code="200",} 2.0
```

**注意：**

bucket 可以理解为是对数据指标值域的一个划分，划分的依据应该基于数据值的分布。注意后面的采样点是包含前面的采样点的，假设 xxx_bucket{...,le="0.01"} 的值为 10，而 xxx_bucket{...,le="0.05"} 的值为 30，那么意味着这 30 个采样点中，有 10 个是小于 0.01s的，其余 20 个采样点的响应时间是介于0.01s 和 0.05s之间的。

可以通过 histogram_quantile() 函数来计算 Histogram 类型样本的分位数。分位数可能不太好理解，你可以理解为分割数据的点。我举个例子，假设样本的 9 分位数（quantile=0.9）的值为 x，即表示小于 x 的采样值的数量占总体采样值的 90%。Histogram 还可以用来计算应用性能指标值（Apdex score）。

## 3 Prometheus监控Kubernetes集群

### 3.1 Prometheus监控Kubernetes介绍

对于Kubernetes 而言，我们可以把当中所有的资源分为几类：

- 基础设施层（ Node ）：集群节点，为整个集群和应用提供运行时资源
- 容器基础设施（ Container ）：为应用提供运行时环境
- 用户应用（ Pod Pod 中会包含一组容器，它们一起工作，并且对外提供一个（或者一组）功能 内部服务负载均衡（ Service ）：在集群内，通过 Service 在集群暴露应用功能，集群内应用和应用之间访问时提供内部的负载均衡
- 外部访问入口（ Ingress ）：通过 Ingress 提供集群外的访问入口，从而可以使外部客户端能够访问到部署在 Kubernetes 集群内的服务

因此，如果要构建一个完整的监控体系，我们应该考虑，以下5 个方面：

- 集群节点状态监控：从集群中各节点的 kubelet 服务获取节点的基本运行状态；
- 集群节点资源用量监控：通过 Daemonset 的形式在集群中各个节点部署 Node Exporter采集节点的资源使用情况；
- 节点中运行的容器监控：通过各个节点中 kubelet 内置的 cAdvisor 中获取个节点中所有容器的运行状态和资源使用情况；
- 如果在集群中部署的应用程序本身内置了对 Prometheus 的监控支持，那么我们还应该找到相应的 Pod 实例，并从该 Pod 实例中获取其内部运行状态的监控指标。
- 对 k8s 本身的组件做监控：apiserver、scheduler、controller-manager 、kubelet、kube-proxy

### 3.2 安装 node-exporter

**介绍：**

node-exporter 可以 采集机器（物理机、虚拟机、云主机等）的监控指标数据，能够采集到的指标包 括 CPU, 内存，磁盘，网络，文件数等信息。

**安装：**

1）创建应用目录



```
mkdir -p /opt/k8s-cfg/prometheus/
```

2）创建专属名称空间



```
kubectl create ns monitor-sa
```

3）下载镜像



```
https://registry.hub.docker.com/r/prom/node-exporter/tags
```

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211104225553864.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211104225553864.png)



```
# 所有节点拉取镜像（也可以等待K8S进行拉取）
docker pull prom/node-exporter:v1.2.2
```

4）编写yaml文件



```
cat <<EOF> /opt/k8s-cfg/prometheus/node-exporter.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: node-exporter
  namespace: monitor-sa
  labels:
    name: node-exporter
spec:
  selector:
    matchLabels:
     name: node-exporter
  template:
    metadata:
      labels:
        name: node-exporter
    spec:
      hostPID: true
      hostIPC: true
      hostNetwork: true
      containers:
      - name: node-exporter
        image: prom/node-exporter:v1.2.2
        ports:
        - containerPort: 9100
        resources:
          requests:
            cpu: 0.15
        securityContext:
          privileged: true
        args:
        - --path.procfs
        - /host/proc
        - --path.sysfs
        - /host/sys
        - --collector.filesystem.ignored-mount-points
        - '"^/(sys|proc|dev|host|etc)($|/)"'
        volumeMounts:
        - name: dev
          mountPath: /host/dev
        - name: proc
          mountPath: /host/proc
        - name: sys
          mountPath: /host/sys
        - name: rootfs
          mountPath: /rootfs
      tolerations:
      - key: "node-role.kubernetes.io/master"
        operator: "Exists"
        effect: "NoSchedule"
      volumes:
        - name: proc
          hostPath:
            path: /proc
        - name: dev
          hostPath:
            path: /dev
        - name: sys
          hostPath:
            path: /sys
        - name: rootfs
          hostPath:
            path: /
EOF

kubectl apply -f /opt/k8s-cfg/prometheus/node-exporter.yaml
```

5）查看pod运行状态



```
kubectl get pods -n monitor-sa
```

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211104230434421.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211104230434421.png)

6）获取监控数据



```
curl 192.168.5.8:9100/metrics > node-ex.log
```

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211104231145637.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211104231145637.png)

7）过滤查询



```
curl 192.168.5.8:9100/metrics | grep node_cpu_seconds
```

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211104231341120.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211104231341120.png)

\# HELP：解释当前指标的含义，上面表示在每种模式下 node 节点的 cpu 花费的时间，以 s 为单位

\# TYPE：说明当前指标的数据类型，上面是 counter 类型



```
node_cpu_seconds_total{cpu="0",mode="idle"}
```

cpu0上 idle 进程占用 CPU 的总时间， CPU 占用时间是一个只增不减的度量指标，从类型中也可以看出 node_cpu 的数据类型是 counter （计数器）

counter计数器：只是采集递增的指标



```
curl 192.168.5.8:9100/metrics | grep node_load
```

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211104231528675.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211104231528675.png)

node_load1该指标反映了当前主机在最近 一分钟以内的负载情况，系统的负载情况会随系统资源的使用而变化，因此 node_load1 反映的是当前状态，数据可能增加也可能减少，从注释中可以看出当前指标类型为 gauge （标准尺寸）

gauge标准尺寸：统计的指标可增加可减少

## 4 Prometheus监控Kubernetes服务

### 4.1 创建SA账号，设置RBAC授权



```
# 创建账号
kubectl create serviceaccount monitor -n monitor-sa

# 绑定rolebinding
kubectl create clusterrolebinding monitor-clusterrolebinding -n monitor-sa --clusterrole=cluster-admin --serviceaccount=monitor-sa:monitor
```

### 4.2 创建Prometheus数据存储



```
# 所有服务器上安装nfs服务
yum -y install nfs-utils
```



```
# 在master节点准备一个共享目录
mkdir -pv /data/nfs
```



```
# 将共享目录以读写权限暴露给192.168.5.0/24网段中的所有主机
cat <<EOF> /etc/exports
/data/nfs 192.168.5.0/24(rw,no_root_squash)
EOF
```



```
# 启动nfs服务
systemctl enable nfs && systemctl restart nfs
```



```
# 查看共享存储信息
showmount -e 192.168.5.8
```

### 4.3 创建configmap配置文件



```
wget -P /opt/k8s-cfg/prometheus/ https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/configuration-file/prometheus-configmap.yaml

kubectl apply -f /opt/k8s-cfg/prometheus/prometheus-configmap.yaml
```



```
# 查看configmap文件
kubectl get cm -n monitor-sa 
```

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211105234657641.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211105234657641.png)



```
# 注解
---
kind: ConfigMap
apiVersion: v1
metadata:
  labels:
    app: prometheus
  name: prometheus-config
  namespace: monitor-sa
data:
  prometheus.yml: |
    global:
      scrape_interval: 15s
# 采集目标主机监控据的时间间隔
      scrape_timeout: 10s
# 数据采集超时时间默认10s
      evaluation_interval: 1m
# 触发告警检测的时间，默认是1m
    scrape_configs:
# scrape_configs配置数据源，称为 target ，每个target 用 job_name 命名。又分为静态配置和服务发现
# ----------------------------------------------------------------------------
    - job_name: 'kubernetes-node'
      kubernetes_sd_configs:
# 使用的是 k8s 的服务发现
      - role: node
# 使用 node 角色，它使用默认的 kubelet 提供的 http 端口来发现集群中每个 node 节点。
      relabel_configs:
# 重新标记
      - source_labels: [__address__]
# 配置的原始标签，匹配地址
        regex: '(.*):10250'
# 匹配带有 10250 端口的 url
        replacement: '${1}:9100'
# 把匹配到的 ip:10250 的 ip 保留
        target_label: __address__
# 新生成的 url 是${1} 获取到的 ip :9100
        action: replace
      - action: labelmap
# 匹配到下面正则表达式的标签会被保留 如果不做 regex 正则的话， 默认只是会显示 instance 标签
        regex: __meta_kubernetes_node_label_(.+)
# ----------------------------------------------------------------------------
    - job_name: 'kubernetes-node-cadvisor'
# 抓取 cAdvisor 数据，是获取 kubelet上 /metrics/cadvisor 接口数据来获取容器的资源使用情况
      kubernetes_sd_configs:
      - role:  node
      scheme: https
      tls_config:
        ca_file: /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/ca.crt
      bearer_token_file: /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/token
      relabel_configs:
      - action: labelmap
# 把匹配到的标签保留
        regex: __meta_kubernetes_node_label_(.+)
# 保留匹配到的具有 __meta_kubernetes_node_label 的标签
      - target_label: __address__
# 获取到的地址： ：__address__="192.168.5.8:
        replacement: kubernetes.default.svc:443
# 把获取到的地址替换成新的地址kubernetes.default.svc:443
      - source_labels: [__meta_kubernetes_node_name]
        regex: (.+)
# 把原始标签中 __meta_kubernetes_node_name 值匹配到
        target_label: __metrics_path__
# 获取 __metrics_ 对应的值
        replacement: /api/v1/nodes/${1}/proxy/metrics/cadvisor
# 把 metrics 替换成新的 值 api/v1/nodes/xianchaomaster1/proxy/metrics/cadvisor 
# ${1}是 __meta_kubernetes_node_name 获取到的值
# 新的URL地址就变为https://kubernetes.default.svc/api/v1/nodes/k8s-master-01/proxy/metrics/cadvisor
# ----------------------------------------------------------------------------
    - job_name: 'kubernetes-apiserver'
      kubernetes_sd_configs:
      - role: endpoints
# 使用 k8s 中的 endpoint 服务发现 ，采集 apiserver 6443 端口获取到的数据
      scheme: https
      tls_config:
        ca_file: /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/ca.crt
      bearer_token_file: /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/token
      relabel_configs:
      - source_labels: [__meta_kubernetes_namespace, __meta_kubernetes_service_name, __meta_kubernetes_endpoint_port_name]
#endpoint 这个对象的名称空间、endpoint对象的服务名、exnpoint 的端口名称
        action: keep
# 采集满足条件的实例，其他实例不采集
        regex: default;kubernetes;https
# 正则匹配到的默认空间下的 service 名字是 kubernetes ，协议是 https 的 endpoint 类型保留下来    
# ----------------------------------------------------------------------------
    - job_name: 'kubernetes-service-endpoints'
      kubernetes_sd_configs:
      - role: endpoints
      relabel_configs:
      - source_labels: [__meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_scrape]
        action: keep
        regex: true
#应用中自定义暴露的指标，也许你暴露的 API 接口不是 /metrics 这个路径，那么你可以在这个POD 对应的 service 中做一个 "prometheus.io/path = /mymetrics" 声明， 上 面的意思就是把你声明的这个路径赋值给 __metrics_ 其实就是让 prometheus 来获取自定义应用暴露的 metrices 的具体路径，不过这里写的要和 service 中做好约定 如果 service 中这样写 prometheus.io/app-metricspath: '/metrics' 那么 你这里就要__meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_app_metrics_path 这样写 。
      - source_labels: [__meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_scheme]
        action: replace
        target_label: __scheme__
        regex: (https?)
      - source_labels: [__meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_path]
        action: replace
        target_label: __metrics_path__
        regex: (.+)
      - source_labels: [__address__, __meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_port]
        action: replace
        target_label: __address__
        regex: ([^:]+)(?::\d+)?;(\d+)
        replacement: $1:$2
#暴露自定义的应用的端口，就是把地址和你在 service 中定义的 "prom etheus.io/port =<port>" 声明做一个拼接 然后赋值给 __address__，这样 prometheus 就能获取自定义应用的端口，然后通过这个端口再结合 __metrics_ 来获取指标，如果 __metrics_ 值不是默认的 /metrics 那么就要使用上面的标签替换来获取真正暴露的具体路径 。
      - action: labelmap
# action: labelmap # 保留下面匹配到的标签
        regex: __meta_kubernetes_service_label_(.+)
      - source_labels: [__meta_kubernetes_namespace]
        action: replace
# 替换 __meta_kubernetes_namespace 变成 kubernetes_namespace
        target_label: kubernetes_namespace
      - source_labels: [__meta_kubernetes_service_name]
        action: replace
        target_label: kubernetes_name 
```

### 4.4 创建deploy文件



```
cat <<EOF> /opt/k8s-cfg/prometheus/prometheus-deploy.yaml
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: prometheus-server
  namespace: monitor-sa
  labels:
    app: prometheus
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: prometheus
      component: server
    #matchExpressions:
    #- {key: app, operator: In, values: [prometheus]}
    #- {key: component, operator: In, values: [server]}
  template:
    metadata:
      labels:
        app: prometheus
        component: server
      annotations:
        prometheus.io/scrape: 'false'
    spec:
      securityContext: 
        runAsUser: 0
      serviceAccountName: monitor
      containers:
      - name: prometheus
        image: prom/prometheus:v2.2.1
        imagePullPolicy: Always
        command:
          - prometheus
          - --config.file=/etc/prometheus/prometheus.yml
          - --storage.tsdb.path=/prometheus
          - --storage.tsdb.retention=720h
          - --web.enable-lifecycle
        ports:
        - containerPort: 9090
          protocol: TCP
        volumeMounts:
        - mountPath: /etc/prometheus/prometheus.yml
          name: prometheus-config
          subPath: prometheus.yml
        - mountPath: /prometheus/
          name: prometheus-storage-volume
      volumes:
        - name: prometheus-config
          configMap:
            name: prometheus-config
            items:
              - key: prometheus.yml
                path: prometheus.yml
                mode: 0644
        - name: prometheus-storage-volume
          nfs:
            server: 192.168.5.8
            path: /data/nfs
EOF

kubectl apply -f /opt/k8s-cfg/prometheus/prometheus-deploy.yaml 
```



```
# 查看POD情况
kubectl get pods -n monitor-sa -o wide
```

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211105235208007.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211105235208007.png)

### 4.5 创建service文件



```
cat <<EOF> /opt/k8s-cfg/prometheus/prometheus-svc.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: prometheus
  namespace: monitor-sa
  labels:
    app: prometheus
spec:
  type: NodePort
  ports:
    - port: 9090
      targetPort: 9090
      protocol: TCP
  selector:
    app: prometheus
    component: server
EOF

kubectl apply -f /opt/k8s-cfg/prometheus/prometheus-svc.yaml
```



```
# 查看service 状态
kubectl get svc -n monitor-sa -o wide
```

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211107172539117.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211107172539117.png)

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211107172437688.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211107172437688.png)

## 5 可视化 UI 界面 Grafana 接入

### 5.1 Grafana介绍

Grafana是一个跨平台的开源的度量分析和可视化工具，可以将采集的数据可视化的展示，并及时通知 给告警接收方 。它主要有以下六大特点：

- 展示方式：快速灵活的客户端图表，面板插件有许多不同方式的可视化指标和日志，官方库中具有丰富的仪表盘插件，比如热图、折线图、图表等多种展示方式；
- 数据源： Graphite InfluxDB OpenTSDB Prometheus Elasticsearch CloudWatch 和KairosDB 等；
- 通知提醒：以可视方式定义最重要指标的警报规则， Grafana 将不断 计算并发送通知，在数据达到阈值时通过 Slack 、 PagerDuty 等获得通知；
- 混合展示：在同一图表中混合使用不同的数据源，可以基于每个查询指定数据源，甚至自定义数据源；
- 注释：使用来自不同数据源的丰富事件注释图表，将鼠标悬停在事件上会显示完整的事件元数据和标记 。

### 5.2 部署Grafana

1）创建deploy文件



```
cat <<EOF> /opt/k8s-cfg/prometheus/grafana-deploy
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: monitoring-grafana
  namespace: monitor-sa
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      task: monitoring
      k8s-app: grafana
  template:
    metadata:
      labels:
        task: monitoring
        k8s-app: grafana
    spec:
      containers:
      - name: grafana
        image: k8s.gcr.io/heapster-grafana-amd64:v5.0.4
        ports:
        - containerPort: 3000
          protocol: TCP
        volumeMounts:
        - mountPath: /etc/ssl/certs
          name: ca-certificates
          readOnly: true
        - mountPath: /var
          name: grafana-storage
        env:
        - name: INFLUXDB_HOST
          value: monitoring-influxdb
        - name: GF_SERVER_HTTP_PORT
          value: "3000"
        - name: GF_AUTH_BASIC_ENABLED
          value: "false"
        - name: GF_AUTH_ANONYMOUS_ENABLED
          value: "true"
        - name: GF_AUTH_ANONYMOUS_ORG_ROLE
          value: Admin
        - name: GF_SERVER_ROOT_URL
          value: /
      volumes:
      - name: ca-certificates
        hostPath:
          path: /etc/ssl/certs
      - name: grafana-storage
        emptyDir: {}
EOF

kubectl apply -f /opt/k8s-cfg/prometheus/grafana-deploy
```

2）创建service文件



```
cat <<EOF> /opt/k8s-cfg/prometheus/grafana-svc.yaml
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: monitoring-grafana
  namespace: monitor-sa
  labels:
    kubernetes.io/cluster-service: 'true'
    kubernetes.io/name: monitoring-grafana
spec:
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 3000
  selector:
    k8s-app: grafana
  type: NodePort
EOF

kubectl apply -f /opt/k8s-cfg/prometheus/grafana-svc.yaml 
```

3）查看部署情况



```
kubectl get pods,svc -n monitor-sa
```

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211109233750200.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211109233750200.png)

4）访问Grafana web页面



```
http://192.168.5.8:31385/
```

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211109233827077.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211109233827077.png)

### 5.3 接入 Prometheus 数据源

1）接入数据源

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211109234738518.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211109234738518.png)



```
# 全质量域名
http://prometheus.monitor-sa.svc:9090
```

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211109234910560.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211109234910560.png)

2）导入node节点监控模板

监控模板下载地址：



```
https://grafana.com/dashboards?dataSource=prometheus&search=kubernetes
```

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211109235228942.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211109235228942.png)

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211109235256873.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211109235256873.png)

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211109235336785.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211109235336785.png)

3）导入docker监控模板

监控模板下载地址：



```
https://grafana.com/grafana/dashboards/10619
```

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211110000047600.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211110000047600.png)

## 6 安装kube-state-metrics组件

kube-state-metrics 通过监听 API Server 生成有关资源对象的状态指标，比如 Deployment 、Node 、 Pod ，需要注意的是 kube state metrics 只是简单的提供一个 metrics 数据，并不会存储这些指标数据，所以我们可以使用 Prometheus 来抓取这些数据然后存储，主要关注的是业务相关的一些元数据，比如 Deployment 、 Pod 、副本状态等；调度了多少个 replicas ？现在可用的有几个？多少个 Pod 是 running/stopped/terminated 状态？ Pod 重启了多少次？有多少 job 在运行中。

安装kube-state-metrics 组件

1）创建RBAC



```
cat <<EOF> /opt/k8s-cfg/prometheus/kube-state-metrics-rbac.yaml
---
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: kube-state-metrics
  namespace: kube-system
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: kube-state-metrics
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["nodes", "pods", "services", "resourcequotas", "replicationcontrollers", "limitranges", "persistentvolumeclaims", "persistentvolumes", "namespaces", "endpoints"]
  verbs: ["list", "watch"]
- apiGroups: ["extensions"]
  resources: ["daemonsets", "deployments", "replicasets"]
  verbs: ["list", "watch"]
- apiGroups: ["apps"]
  resources: ["statefulsets"]
  verbs: ["list", "watch"]
- apiGroups: ["batch"]
  resources: ["cronjobs", "jobs"]
  verbs: ["list", "watch"]
- apiGroups: ["autoscaling"]
  resources: ["horizontalpodautoscalers"]
  verbs: ["list", "watch"]
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: kube-state-metrics
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: kube-state-metrics
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: kube-state-metrics
  namespace: kube-system
EOF

kubectl apply -f /opt/k8s-cfg/prometheus/kube-state-metrics-rbac.yaml
```

2）安装 kube-state-metrics 组件



```
cat <<EOF> /opt/k8s-cfg/prometheus/kube-state-metrics-deploy.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: kube-state-metrics
  namespace: kube-system
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: kube-state-metrics
  template:
    metadata:
      labels:
        app: kube-state-metrics
    spec:
      serviceAccountName: kube-state-metrics
      containers:
      - name: kube-state-metrics
        image: quay.io/coreos/kube-state-metrics:v1.9.0
        ports:
        - containerPort: 8080
EOF

kubectl apply -f /opt/k8s-cfg/prometheus/kube-state-metrics-deploy.yaml
```

3）创建 service



```
cat <<EOF> /opt/k8s-cfg/prometheus/kube-state-metrics-svc.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  annotations:
    prometheus.io/scrape: 'true'
  name: kube-state-metrics
  namespace: kube-system
  labels:
    app: kube-state-metrics
spec:
  ports:
  - name: kube-state-metrics
    port: 8080
    protocol: TCP
  selector:
    app: kube-state-metrics
EOF

kubectl apply -f /opt/k8s-cfg/prometheus/kube-state-metrics-svc.yaml
```

4）查看部署情况



```
kubectl get pods,svc -n kube-system
```

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211110001851461.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211110001851461.png)

5）添加采集数据

监控模板下载地址：



```
https://grafana.com/grafana/dashboards/13332
```

[![img](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211110003302569.png)](https://cunqi0105-1300757323.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/Work/image-20211110003302569.png)