Prometheus Operator部署管理

Prometheus Operator & Kube-Prometheus & Helm chart 部署区别

Prometheus Operator 是 Kubernetes 原生的工具，它通过将 Prometheus 资源定义为 Kubernetes 对象（CRD）来简化 Prometheus 集群的管理。它自动化了在 Kubernetes 中配置和扩展 Prometheus 实例时涉及的常见任务，并提供了在 Kubernetes 环境中部署、配置和管理 Prometheus 的简单方式。
- 1. 通过 kubectl 或 Kubernetes API 创建 Prometheus Operator Custom Resource Definition (CRD)。
- 1. 使用 kubectl 或 YAML 文件创建 Prometheus 实例的定义。
- 1. Prometheus Operator 观察配置更改并创建、更新或删除 Prometheus 实例。
- 官方安装文档： https://prometheus-operator.dev/docs/user-guides/getting-started/ 需要Kubernetes版本至少在v1.16.x以上。
- 官方Github地址：https://github.com/prometheus-operator/prometheus-operator
kube-prometheus 提供基于Prometheus & Prometheus Operator完整的集群监控配置示例，包括多实例Prometheus & Alertmanager部署与配置及node exporter的metrics采集，以及scrape Prometheus target各种不同的metrics endpoints，并提供Alerting rules一些示例，触发告警集群潜在的问题。
- 1. 使用 YAML 文件或 Helm chart 安装 Kube-Prometheus。
- 1. Kube-Prometheus 部署 Prometheus、Alertmanager、Grafana 和 Pushgateway 等组件。
- 1. 使用 Prometheus Operator 观察和管理 Prometheus 和相关组件。
- 官方安装文档：https://prometheus-operator.dev/docs/prologue/quick-start/
- 安装要求：https://github.com/prometheus-operator/kube-prometheus#compatibility
- 官方Github地址：https://github.com/prometheus-operator/kube-prometheus
helm chart prometheus-community/kube-prometheus-stack 提供类似kube-prometheus的功能，但是该项目是由Prometheus-community来维护。
- 1. 安装 Helm 并添加 Prometheus Helm chart 存储库。
- 1. 使用 Helm 安装 Prometheus chart，包括 Prometheus、Alertmanager 和 Pushgateway 等组件。
- 具体信息参考https://github.com/prometheus-community/helm-charts/tree/main/charts/kube-prometheus-stack#kube-prometheus-stack

总结： 三者部署 Prometheus 的区别

Prometheus Operator 可以更加自动化的管理 Prometheus 集群；
Kube-Prometheus 则提供了更加全面的监控解决方案，包括 Prometheus、Grafana 和 Alertmanager 等组件；
Helm chart 则通过一个命令即可快速部署 Prometheus 及其相关组件，但无法方便地进行各个组件的管理。

Kube-Prometheus：目前是k8s集群监控的主流项目，主要使用Prometheus做集群监控，使用Prometheus Operator做监控的运维管理，也就是以上二者的结合。

Prometheus-Operator CRD资源

CRD 全称是 Custom Resource Definition

什么是 CRD？

以 Deployment 为实例，Deployment 没有直接创建 Pod，而是管理 RS，而 RS 管理 Pod，这就是控制器模式。控制器模式允许基于已有的资源定义更高阶的控制器，用来实现更复杂的能力

在这里插入图片描述

特点：

CRD 本身是 Kubernetes 的一种资源，允许用户自定义新的资源类型
CRD 允许用户基于已有的 Kubernetes 资源，例如 Deployment、Configmap 等，拓展集群能力
CRD 可以自定义一套成体系的规范，自造概念

CRD 本身是一种 Kubernetes 内置的资源类型，即自定义资源的定义，用于描述用户定义的资源是什么样子

$ kubectl get crd
NAME                                             CREATED AT
applications.app.k8s.io                          2022-08-12T10:01:21Z
authconfigs.enterprise.gloo.solo.io              2022-08-25T03:54:14Z

Prometheus-Operator CRD

Prometheus Operator的本职就是一组用户自定义的CRD资源以及Controller的实现，Prometheus Operator负责监听这些自定义资源的变化，并且根据这些资源的定义自动化的完成如Prometheus Server自身以及配置的自动化管理工作。主要包括以下几个功能：

Kubernetes 自定义资源：使用 Kubernetes CRD 来部署和管理 Prometheus、Alertmanager 和相关组件。
简化的部署配置：直接通过 Kubernetes 资源清单配置 Prometheus，比如版本、持久化、副本、保留策略等等配置。
Prometheus 监控目标配置：基于熟知的 Kubernetes 标签查询自动生成监控目标配置，无需学习 Prometheus 特地的配置

上面架构图中，各组件以不同的方式运行在 Kubernetes 集群中（之前都是用配置文件来配置，现在都是通过资源对象）

CRD 名称	作用
Operator	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	最核心的一个CRD, 控制prometheus server的statefulset状态。该CRD用于部署、管理prometheus stateful实例，以及配置该prometheus实例与ServiceMonitor(通过serviceMonitorNamespaceSelector标签)、Altermanager(通过alertmanagers标签)、PromtheusRule(通过ruleSelector标签)之间的关联。一个Prometheus crd 资源创建后，promtheus-operator会自动创建一个prometheus stateful实例。
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	纯配置，Operator告诉prometheus server , 要监控的 targets是基于k8s service动态发现。 Operator基于servicemonitor的配置生成promtheus的标准配置文件promtheus.yml。注意的是，ServiceMonitor中的endpoint被转换为prometheus.yml中的kubernetes_sd_configs标签，即服务发现仍然是通过prometheus的原生能力完成的，ServiceMonitor或prometheus-operator并不具备服务发现能力，仅仅是配置转换与应用能力。
Service	简单的说就是 Prometheus 监控的对象。提供给ServiceMonitor选取，让Prometheus Server来获取信息。
Alertmanager	用于部署和管理promtheus的Altermanager实例.一个Altermanager资源定义会对应于一个stateful实例，prometheus-opertaor会根据Alertmanager中指定replicas、image、RBAC等信息将promtheus的altermanager pod部署，prometheus实例会自动与该Alertmanager相关联，共同完成监控->告警的链路。
PrometheusRule	用于生成promtheus的告警规则文件.纯配置项。promtheus-operator会将该资源转换为prometheus的rule文件，挂在于prometheus实例的文件系统中。

部署 Kube-Prometheus

概述

kube-prometheus 是一整套监控解决方案，它使用 Prometheus 采集集群指标，Grafana 做展示，包含如下组件

The Prometheus Operator
Highly available Prometheus
Highly available Alertmanager
Prometheus node-exporter
Prometheus Adapter for Kubernetes Metrics APIs （k8s-prometheus-adapter）
kube-state-metrics
Grafana

**注意：**kube-promethues与kubernetes的版本对应关系如下：

prometheus-operator/kube-prometheus: Use Prometheus to monitor Kubernetes and applications running on Kubernetes (github.com)

kube-prometheus stack	Kubernetes 1.22	Kubernetes 1.23	Kubernetes 1.24	Kubernetes 1.25	Kubernetes 1.26	Kubernetes 1.27	Kubernetes 1.28
`release-0.10`	✔	✔	✗	✗	x	x	x
`release-0.11`	✗	✔	✔	✗	x	x	x
`release-0.12`	✗	✗	✔	✔	x	x	x
`release-0.13`	✗	✗	✗	x	✔	✔	✔
`main`	✗	✗	✗	x	x	✔	✔

下载 Kube-Prometheus 代码

方法一

$ git clone https://github.com/prometheus-operator/kube-prometheus.git
$ cd kube-prometheus
$ git branch -r   # 查看当前分支有哪些
$ git checkout release-0.12    # 切换到自己 Kubernetes 兼容的版本

方法二

git clone -b release-0.9 https://github.com/prometheus-operator/kube-prometheus.git

注：在release-0.11版本之后新增了NetworkPolicy

默认是允许自己访问，如果了解NetworkPolicy可以修改一下默认的规则，可以用查看 ls networkPolicy

如果不修改，则会影响到修改NodePort类型也无法访问

如果不会Networkpolicy可以直接删除就行

修改 Kube-Prometheus 镜像源

国外镜像源某些镜像无法拉取，我们这里修改prometheus-operator，prometheus，alertmanager，kube-state-metrics，node-exporter，prometheus-adapter的镜像源为国内镜像源。这里使用的是daocloud镜像源

k8s-gcr.m.daocloud.io# 进入修改的目录
cd ./kube-prometheus/manifests/
# 镜像替换
sed -i 's/quay.io/quay.m.daocloud.io/g' setup/prometheus-operator-deployment.yaml
sed -i 's/quay.io/quay.m.daocloud.io/g' prometheus-prometheus.yaml 
sed -i 's/quay.io/quay.m.daocloud.io/g' alertmanager-alertmanager.yaml
sed -i 's/quay.io/quay.m.daocloud.io/g' kube-state-metrics-deployment.yaml
sed -i 's/k8s.gcr.io/k8s-gcr.m.daocloud.io/g' kube-state-metrics-deployment.yaml
sed -i 's/quay.io/quay.m.daocloud.io/g' node-exporter-daemonset.yaml
sed -i 's/quay.io/quay.m.daocloud.io/g' prometheus-adapter-deployment.yaml
sed -i 's/k8s.gcr.io/k8s-gcr.m.daocloud.io/g' prometheus-adapter-deployment.yaml
# 确认一下是否还有国外镜像
grep "image: " * -r

安装operator & kube-Prometheus

创建namespace & CRD资源，如下：

setup 文件夹中包含所有自定义资源配置 CustomResourceDefinition（一般不用修改，也不要轻易修改）

# 下载prometheus-operator镜像需要花费几分钟，这里等待几分钟，直到prometheus-operator变成running状态
$ kubectl create -f manifests/setup

创建所有应用资源：

$ kubectl create -f manifests/
# 等待所有镜像变成Running状态
watch kubectl get po -n monitoring

需要关注的几个控制器文件：

prometheus-adapter-deployment.yaml：kubernetes自定义监控指标
blackbox-exporter-deployment.yaml：黑盒监控控制器
kube-state-metrics-deployment.yaml：监听API Server生成有关资源对象的状态指标
setup/prometheus-operator-deployment.yaml：prometheus-operator控制器文件
prometheus-prometheus.yaml：prometheus主控制器文件
alertmanager-alertmanager.yaml：alertmanager主控制器文件
grafana-deployment.yaml：grafana主控制器文件

删除所有资源：

$ kubectl delete --ignore-not-found=true -f manifests/ -f manifests/setup

配置Ingress资源对象

vim prometheus-all-ingress.yaml

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  namespace: monitoring
  name: prometheus-ingress
spec:
  ingressClassName: nginx
  rules:
  - host: grafana-opera.kubernets.cn  # 访问 Grafana 域名
    http:
      paths:
        - pathType: Prefix
          backend:
            service:
              name: grafana
              port:
                number: 3000
          path: /
  - host: prometheus-opera.kubernets.cn  # 访问 Prometheus 域名
    http:
      paths:
        - pathType: Prefix
          backend:
            service:
              name: prometheus-k8s
              port:
                number: 9090
          path: /
  - host: alertmanager-opera.kubernets.cn  # 访问 alertmanager 域名
    http:
      paths:
        - pathType: Prefix
          backend:
            service:
              name: alertmanager-main
              port:
                number: 9093
          path: /