Kubernetes相关生态

Prometheus、Metrics Server与Kubernetes监控体系

简介:Prometheus 项目与 Kubernetes 项目一样,也来自于 Google 的 Borg 体系,它的原型系统,叫作 BorgMon,是一个几乎与 Borg 同时诞生的内部监控系统

Prometheus 项目工作的核心,是使用 Pull (抓取)的方式去搜集被监控对象的 Metrics 数据(监控指标数据),然后,再把这些数据保存在一个 TSDB (时间序列数据库,比如 OpenTSDB、InfluxDB 等)当中,以便后续可以按照时间进行检索。

Pushgateway :允许被监控对象以 Push 的方式向 Prometheus 推送 Metrics 数据

Alertmanager :可以根据 Metrics 信息灵活地设置报警

Grafana :对外暴露出的、可以灵活配置的监控数据可视化界面

Metrics 数据的来源

  • 第一种 Metrics,是宿主机的监控数据
    • 这部分数据的提供,需要借助一个由 Prometheus 维护的Node Exporter 工具,就是代替被监控对象来对 Prometheus 暴露出可以被“抓取”的 Metrics 信息的一个辅助进程。
  • 第二种 Metrics,是来自于 Kubernetes 的 API Server、kubelet 等组件的 /metrics API
    • 除了常规的 CPU、内存的信息外,这部分信息还主要包括了各个组件的核心监控指标。比如,对于 API Server 来说,它就会在 /metrics API 里,暴露出各个 Controller 的工作队列(Work Queue)的长度、请求的 QPS 和延迟数据等等。这些信息,是检查 Kubernetes 本身工作情况的主要依据。
  • 第三种 Metrics,是 Kubernetes 相关的监控数据
    • 这部分数据,一般叫作 Kubernetes 核心监控数据(core metrics)。这其中包括了 Pod、Node、容器、Service 等主要 Kubernetes 核心概念的 Metrics。
    • 这里提到的 Kubernetes 核心监控数据,其实使用的是 Kubernetes 的一个非常重要的扩展能力,叫作 Metrics Server。在社区的定位,是用来取代Heapster。

在具体的监控指标规划上,建议你遵循业界通用的 USE 原则和 RED 原则

USE 原则指的是,按照如下三个维度来规划资源监控指标(原则是主要关注“资源”)

  1. 利用率(Utilization),资源被有效利用起来提供服务的平均时间占比;
  2. 饱和度(Saturation),资源拥挤的程度,比如工作队列的长度;
  3. 错误率(Errors),错误的数量。

RED 原则指的是,按照如下三个维度来规划服务监控指标(原则是主要关注“服务”)

  1. 每秒请求数量(Rate);
  2. 每秒错误数量(Errors);
  3. 服务响应时间(Duration)。

日志收集与管理

Kubernetes 中对容器日志的处理方式,都叫做 cluster-level-logging,即这个日志处理系统,与容器、Pod 以及 Node 的生命周期都是完全无关的。这种设计当然是为了保证,无论是容器挂了、Pod 被删除,甚至节点宕机的时候,应用的日志依然可以被正常获取到。

第一种,在 Node 上部署 logging agent,将日志文件转发到后端存储里保存起来 ,架构图如下

这里的核心在于 logging agent ,它一般都会以 DaemonSet 的方式运行在节点上,然后将宿主机上的容器日志目录挂载进去,最后由 logging-agent 把日志转发出去。

  • 优势 :在 Node 上部署 logging agent,在于一个节点只需要部署一个 agent,并且不会对应用和 Pod 有任何侵入性。
  • 不足 :要求应用输出的日志,都必须是直接输出到容器的 stdout 和 stderr 里。即如果每秒日志量很大时,直接输出到容器的stdout和stderr,很容易就把系统日志配额用满,因为对系统默认日志工具是针对单服务(例如docker)而不是进程进行限额的,最终导致的结果就是日志被吞掉。解决办法一个是增加配额,一个是给容器挂上存储,将日志输出到存储上

stdout 和 stderr stdout是标准输出,stderr是错误输出

第二种,就是对这种特殊情况的一个处理,即当容器的日志只能输出到某些文件里的时候,我们可以通过一个 sidecar 容器把这些日志文件重新输出到 sidecar 的 stdout 和 stderr 上,这样就能够继续使用第一种方案了。 架构图如下

不足 :宿主机上实际上会存在两份相同的日志文件一份是应用自己写入的;另一份则是 sidecar 的 stdout 和 stderr 对应的 JSON 文件。这对磁盘是很大的浪费,除非万不得已或者应用容器完全不可能被修改,否则不要使用这个方案

第三种方案,就是通过一个 sidecar 容器,直接把应用的日志文件发送到远程存储里面去 ,架构图如下

  • 优势 :直接把日志输出到固定的文件里而不是 stdout,logging-agent 可以使用 fluentd,后端存储可以是 Elasticsearch。部署简单,对宿主机友好。
  • 不足 :这个 sidecar 容器很可能会消耗较多的资源,甚至拖垮应用容器。并且,由于日志还是没有输出到 stdout 上,所以你通过 kubectl logs 是看不到任何日志输出的。

最后,无论是哪种方案,都必须要及时将这些日志文件从宿主机上清理掉,或者给日志目录专门挂载一些容量巨大的远程盘。否则,一旦主磁盘分区被打满,整个系统就可能会陷入奔溃状态。