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Kuberentes是一款开源的容器编排产品，由Google开发后发布到社区，并在2015年将该项目捐献给了云原生基金会（Cloud Native Computing Foundation）。 从2014年第一个版本发布以来，Kubernetes便迅速获得开源社区的追捧，包括RedHat、VMware在内的很多知名企业都加入到开发和推广的阵营。目前，Kubernets已经成为发展最快、市场占有率最高的容器编排产品。

Prometheus是一款近年来非常火热的容器监控系统，它使用go语言开发，设计思路来源于Google的Borgmom(一个监控容器平台的系统）。 2016年，云原生基金会将其纳入麾下，成为该基金会继Kubernetes后，第二大开源项目。因此，Prometheus天然具有对容器的适配性，可非常方便的满足容器的监控需求，目前已成为监控Kubernetes的主要工具。

本文将介绍如何通过Prometheus监控Kubernetes集群状态的方案，限于篇幅原因会分为上、下两个篇章进行。 （对于Kubernetes的技术细节本文不做讲解，不熟悉的朋友可先自行查阅相关资料。）

一.安装Prometheus ​

Prometheus支持基于Kubernetes的服务发现，通过<kubernetes_sd_config> 配置允许从 Kubernetes 的API 检索抓取目标，并始终与集群状态保持同步。

我们需要在被监控集群上安装Prometheus，本文将使用YAML文件的方式进行部署。

  1. 创建命名空间 创建namespace.yml文件，内容如下
yaml
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: monitoring

执行该yml文件

bash
$ kubectl  apply -f namespace.yml
namespace/monitoring created

查看命名空间，已成功创建。

bash
$ kubectl  get ns monitoring
NAME         STATUS   AGE
monitoring   Active   2m53s
  1. 创建RBAC规则 RBAC为Kubernetes的授权认证方式，包括 ServiceAccount、ClusterRole、ClusterRoleBinding三类YAML文件。该规则用于授权Prometheus获取资源信息。

创建prometheus-rbac.yml文件，内容如下：

yaml
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: prometheus
  namespace: monitoring
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: prometheus
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["nodes", "nodes/proxy", "services", "endpoints", "pods"]
  verbs: ["get", "list", "watch"]
- apiGroups: [""]
  resources: ["configmaps"]
  verbs: ["get"]
- nonResourceURLs: ["/metrics"]
  verbs: ["get"]

---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: prometheus
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: prometheus
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: prometheus
  namespace: monitoring

执行该yml文件

yaml
$ kubectl  apply -f prometheus-rbac.yml 
serviceaccount/prometheus created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/prometheus created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/prometheus created

查看RBAC是否创建成功

bash
$ kubectl  get sa prometheus -n monitoring
NAME         SECRETS   AGE
prometheus   1         77s

$ kubectl get ClusterRole prometheus 
NAME         CREATED AT
prometheus   2021-10-24T04:30:33Z

$ kubectl get ClusterRoleBinding prometheus -n monitoring
NAME         ROLE                     AGE
prometheus   ClusterRole/prometheus   2m20s
  1. 创建Configmap 我们使用Configmap来管理Prometheus的配置文件，此处先使用默认的配置，用于启动Prometheus，后面再根据需要进行修改。

创建prometheus-config.yml文件，内容如下

yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: prometheus-config
  namespace: monitoring
data:
  prometheus.yml: |
    global:
      scrape_interval:     15s 
      evaluation_interval: 15s
    scrape_configs:
      - job_name: 'prometheus'
        static_configs:
        - targets: ['localhost:9090']

执行该yml文件

bash
$ kubectl  apply -f prometheus-config.yml
configmap/prometheus-config created

查看configmap资源是否生成

bash
$ kubectl get configmap prometheus-config -n monitoring    
NAME                DATA   AGE
prometheus-config   1      84s
  1. 部署Deployment

在完成Configmap资源创建后，我们可以开始部署Prometheus的实例了。此处，我们使用Deployment来部署Prometheus，并通过Volume挂载的方式，将Prometheus的配置文件挂载到Pod内。另外，在正式环境中建议通过PVC的方式，将收集的监控数据挂载到外部存储，避免因Pod被删除而造成数据丢失。

创建prometheus-deployment.yml文件，内容如下

yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: prometheus
  namespace: monitoring
  labels:
    app: prometheus
spec:
  strategy:
    type: Recreate
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: prometheus
  template:
    metadata:
      labels:
        app: prometheus
    spec:
      containers:
      - image: prom/prometheus:v2.20.0
        name: prometheus
        command:
        - "/bin/prometheus"
        args:
        - "--config.file=/etc/prometheus/config/prometheus.yml"
        - "--storage.tsdb.path=/data"
        - "--web.enable-lifecycle"
        securityContext:
          runAsUser: 0
        ports:
        - containerPort: 9090
          protocol: TCP
        volumeMounts:
        - mountPath: "/etc/prometheus/config/"
          name: config
        - name: host-time
          mountPath: /etc/localtime
      serviceAccountName: prometheus
      volumes:
      - name: config
        configMap:
          name: prometheus-config
      - name: host-time
        hostPath:
          path: /etc/localtime

执行该yml文件

bash
$ kubectl  apply -f prometheus-deployment.yml
deployment.apps/prometheus created

查看Prometheus实例状态

bash
$ kubectl  get deploy -n monitoring
NAME         READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
prometheus   1/1     1            1           4m53s

$ kubectl  get pod -n monitoring      
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
prometheus-fcfb4bbd7-4vgl9   1/1     Running   0          69s
  1. 创建Service 创建Prometheus的Service，用于集群内外部访问。默认情况下，Service只能在集群内访问，如果希望开放给集群外部，可选方案有Ingress、NodePort、ExternalIPs、LoadBalancer等几种。此处使用LoadBalancer方式。

创建prometheus-service.yml，内容如下：

yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
labels:
app: prometheus
name: prometheus
namespace: monitoring
spec:
ports:
- name: "web"
  port: 9090
  protocol: TCP
  targetPort: 9090
  selector:
  app: prometheus
  type: LoadBalancer

执行该yml文件

bash
$ kubectl  apply -f prometheus-service.yml
service/prometheus created

查看Service状态，Service已创建完成，其中Cluster-ip用于集群内部访问，External-ip则是给到集群外部访问。

bash
$ kubectl  get service prometheus -n monitoring  
NAME         TYPE           CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP    PORT(S)          AGE
prometheus   LoadBalancer   10.220.57.72   10.12.61.202   9090:31183/TCP   56s

浏览器打开http://$ip:9090，可看到Prometheus已部署完成。

查看Targets目标，当前除了监控Prometheus自身实例，还未有其他Kubernetes资源。

二. 基于Kubernetes的服务发现 ​

在监控Kubernetes集群的过程中，我们需要使用到针对Kubernetes的服务发现功能，这个在Prometheus的原生功能中已经支持。

以下几种类型的资源角色可被配置为服务发现的目标，对于集群的监控即是通过有效利用这些角色及标签来实现。

  1. node角色

该node 角色发现用于检索集群中的节点目标信息，其地址默认为节点kubelet的HTTP访问端口。目标地址的默认顺序为NodeInternalIP，NodeExternalIP，NodeLegacyHostIP和NodeHostName中的第一个现有地址。

该角色可获取到的元数据标签如下：

• __meta_kubernetes_node_name：节点对象的名称。

• __meta_kubernetes_node_label_labelname：节点对象所定义的各个label

• __meta_kubernetes_node_labelpresent_labelname：节点对象所定义的各个label，value固定为true。

• _meta_kubernetes_node_annotation_annotationname：来自节点对象的每个注释

• _meta_kubernetes_node_annotationpresent_annotationname：来自节点对象的每个注释，value固定为true。

• _meta_kubernetes_node_address_address_type：每个节点地址类型的第一个地址（如果存在）

此外，节点的instance标签将被设置为从API服务检索到的节点名称。

  1. service角色 该角色发现用于检索集群中每个service目标，并且将该服务开放的端口做为目标端口。该地址将设置为服务的Kubernetes DNS名称以及相应的服务端口。

该角色可获取到的元数据标签如下：

  • __meta_kubernetes_namespace: 服务对象的名称空间。
  • __meta_kubernetes_service_annotation_annotationname:服务对象的每个注释。
  • __meta_kubernetes_service_annotationpresent_annotationname: 服务对象的每个注释,value固定为true。
  • __meta_kubernetes_service_cluster_ip: 服务对象的集群IP。
  • __meta_kubernetes_service_external_name: 服务的DNS名称。
  • __meta_kubernetes_service_label_labelname: 服务对象中的每个label。
  • __meta_kubernetes_service_labelpresent_labelname: 服务对象中的每个label，value固定为true。
  • __meta_kubernetes_service_name: 服务对象的名称。
  • __meta_kubernetes_service_port_name: 目标服务端口的名称。
  • __meta_kubernetes_service_port_protocol: 目标服务端口的协议。
  • __meta_kubernetes_service_type: 服务的类型。
  1. Pod角色

该pod角色发现用于发现所有Pod并将其容器做为目标访问，对于容器的每个声明的端口，将生成一个目标。如果容器没有指定的端口，则会为每个容器创建无端口目标。

该角色可获取到的元数据标签如下：

  • __meta_kubernetes_namespace: pod对象的命名空间。
  • __meta_kubernetes_pod_name: pod对象的名称。
  • __meta_kubernetes_pod_ip: pod对象的pod IP。
  • __meta_kubernetes_pod_label_labelname: 来自pod对象的每个标签。
  • __meta_kubernetes_pod_labelpresent_labelname: 来自pod对象的每个标签，value固定为true。
  • __meta_kubernetes_pod_annotation_annotationname: 来自pod对象的每个注释。
  • __meta_kubernetes_pod_annotationpresent_annotationname: 来自pod对象的每个注释，value固定为true。
  • __meta_kubernetes_pod_container_init: 如果容器是初始化容器，则value为true。
  • __meta_kubernetes_pod_container_name: 目标地址指向的容器的名称。
  • __meta_kubernetes_pod_container_port_name: 容器端口的名称。
  • __meta_kubernetes_pod_container_port_number: 容器端口号。
  • __meta_kubernetes_pod_container_port_protocol: 容器端口的协议。
  • __meta_kubernetes_pod_ready: 代表pod状态是否就绪，value为true或false。
  • __meta_kubernetes_pod_phase: Pod的生命周期，Value值为Pending，Running，Succeeded，Failed或Unknown 。
  • __meta_kubernetes_pod_node_name: Pod所在节点的名称。
  • __meta_kubernetes_pod_host_ip: pod所在节点的IP。
  • __meta_kubernetes_pod_uid: pod对象的UID。
  • __meta_kubernetes_pod_controller_kind: pod控制器的对象种类。
  • __meta_kubernetes_pod_controller_name: pod控制器的名称。
  1. endpoints角色

该endpoints角色发现用于检索服务的endpoints目标，且每个endpoints的port地址会生成一个目标。 如果端点由Pod支持，则该Pod的所有其他容器端口（包括未绑定到endpoints的端口）也将作为目标。

该角色可获取到的元数据标签如下：

  • __meta_kubernetes_namespace: endpoints对象的命名空间
  • __meta_kubernetes_endpoints_name: endpoints对象的名称

对于直接从端点列表中发现的所有目标（不包括由底层pod推断出来的目标），将附加以下标签：

  • __meta_kubernetes_endpoint_hostname: 端点的主机名
  • __meta_kubernetes_endpoint_node_name: 托管endpoints的节点名称
  • __meta_kubernetes_endpoint_ready: 代表endpoint 状态是否就绪，value为true或false。
  • __meta_kubernetes_endpoint_port_name: endpoint 端口的名称。
  • __meta_kubernetes_endpoint_port_protocol: endpoint 端口的协议。
  • __meta_kubernetes_endpoint_address_target_kind: endpoint地址目标的类型，如deployment、DaemonSet等。
  • __meta_kubernetes_endpoint_address_target_name: endpoint地址目标的名称。
  1. ingress角色 该ingress角色发现用于发现ingress的每个地址目标。该地址将设置为ingress的spec配置中指定的host。

可使用的元数据标签如下：

结语： ​

本篇我们主要介绍了Prometheus实例在 Kubernetes 中的部署方式，以及监控集群所需要的服务发现功能。 下篇我们将讲解如何通过这些功能，来实现对 Kubernetes 集群的监控。