Prometheus Operator与kube-prometheus之二-如何监控1.23+ kubeadm集群

简介

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Prometheus Operator 的上一篇: Prometheus Operator 与 kube-prometheus 之一 - 简介 - 东风微鸣技术博客 (ewhisper.cn)

kube-prometheus-stack捆绑了监控Kubernetes 集群所需的Prometheus Operator、Exporter、Rule、Grafana 和 AlertManager。

但要为使用kubeadm构建的Kubernetes集群定制Helm安装，还是有必要进行定制。

这一次结合近期比较新的 Kubernetes 版本 v1.23+, 以及较为常见的安装方式 kubeadm, 来实战说明:

kubeadm 需要哪些特殊配置
如何安装 Prometheus Operator: 通过 kube-prometheus-stack helm chart
如何配置对 kubeadm 安装的集群的组件监控

开始!

前提条件

kubeadm
helm3

kubeadm 需要哪些特殊配置

为了后面能够正常通过 Prometheus Operator 获取到 kubeadm 搭建的 Kubernetes v1.23+ 集群的指标, 需要对 kubeadm 做一些特殊配置.

默认情况下，kubeadm将它的几个管理组件绑定到 node 的 localhost 127.0.0.1 地址上, 涉及到: Kube Controller Manager、Kube Proxy和Kube Scheduler。

然而，对于监控来说，我们需要这些端点的暴露，以便他们的指标可以被Prometheus提取。因此，我们需要将这些组件暴露在他们的 0.0.0.0 地址上。

当登录到kubeadm主节点时，运行以下修改:

Controller Manager 和 Scheduler 组件

默认情况下，kubeadm 并没有公开我们要监控的两个服务(kube-controller-manager 和 kube-scheduler)。因此，为了充分利用kube-prometheus-stack helm chart，我们需要对Kubernetes集群做一些快速调整。后面我们会监控kube-controller-manager和kube-scheduler，我们必须将它们的地址端口暴露给集群。

默认情况下，kubeadm 在你的主机上运行这些 pod，并绑定到 127.0.0.1。有几种方法可以改变这一点。建议改变这些配置的方法是使用 kubeadm config file。下面是配置示例:

apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta2
kind: ClusterConfiguration
...
controllerManager:
  extraArgs:
    bind-address: "0.0.0.0"
scheduler:
  extraArgs:
    bind-address: "0.0.0.0"
...
kubernetesVersion: "v1.23.1"
...

🐾上面的 .scheduler.extraArgs 和 .controllerManager.extraArgs。这样就把 kube-controller-manager 和 kube-scheduler 服务暴露给集群的其他组件。

另外, 如果你把 kubernetes 核心组件作为pods放在 kube-system namespace，就要确保kube-prometheus-exporter-kube-scheduler 和 kube-prometheus-exporter-kube-controller-manager service (这 2 个 service 是 kube-prometheus-stack 创建出来用于 Prometheus Operator 通过 ServiceMonitor 监控这两个组件用的)的spec.selector 值与pods的值一致。

如果你已经有一个部署了 kubeadm 的Kubernetes，可以直接 kube-controller-manager 和 kube-scheduler 的监听地址:

sed -e "s/- --bind-address=127.0.0.1/- --bind-address=0.0.0.0/" -i /etc/kubernetes/manifests/kube-controller-manager.yaml
sed -e "s/- --bind-address=127.0.0.1/- --bind-address=0.0.0.0/" -i /etc/kubernetes/manifests/kube-scheduler.yaml

Kube Proxy 组件

📝Notes: 一般情况下, kube-proxy 总是绑定所有地址的, 但是对应的 metricsBindAddress 可能并不一定会follow 配置. 具体如下面的"改动前"

对于 Kube Proxy 组件, 在使用 kubeadm 安装完成之后, 需要修改 kube-system 下的 configmap kube-proxy 的 metricsBindAddress.

改动如下:

改动前:

...
kind: KubeProxyConfiguration
bindAddress: 0.0.0.0
metricsBindAddress: 127.0.0.1:10249
...

改动后:

kind: KubeProxyConfiguration
bindAddress: 0.0.0.0
metricsBindAddress: 0.0.0.0:10249

并重启:

kubectl -n kube-system rollout restart daemonset/kube-proxy

Etcd 配置

Etcd 配置, 这里就不详细说明了, 可以直接参见: Prometheus Operator 监控 etcd 集群-阳明的博客

但是上面链接提到的方法比较麻烦, 推荐一个更简单的: 可以在 etcd 的配置中加上监听 Metrics URL 的flag:

# 在 etcd 所在的机器上
master_ip=192.168.1.5
sed -i "s#--listen-metrics-urls=.*#--listen-metrics-urls=http://127.0.0.1:2381,http://$master_ip:2381#" /etc/kubernetes/manifests/etcd.yaml

验证 kubeadm 配置

小结一下, 通过之前的这些配置, Kubernetes 组件的 Metrics 监听端口分别为:

Controller Manager: (Kubernetes v1.23+)
- 端口: 10257
- 协议: https
Scheduler: (Kubernetes v1.23+)
- 端口: 10259
- 协议: https
Kube Proxy
- 端口: 10249
- 协议: http
etcd
- 端口: 2381
- 协议: http

可以通过 netstat 命令查看之前的配置是否全部生效:

在 master 和 etcd node 上执行:

$ sudo netstat -tulnp | grep -e 10257 -e 10259 -e 10249 -e 2381
tcp        0      0 192.168.1.5:2381    0.0.0.0:*               LISTEN      1400/etcd           
tcp        0      0 127.0.0.1:2381          0.0.0.0:*               LISTEN      1400/etcd
tcp6       0      0 :::10257                :::*                    LISTEN      1434/kube-controlle 
tcp6       0      0 :::10259                :::*                    LISTEN      1486/kube-scheduler 
tcp6       0      0 :::10249                :::*                    LISTEN      4377/kube-proxy

# 测试etcd指标
curl -k http://localhost:2381/metrics

# 测试 kube-proxy 指标
curl -k http://localhost:10249/metrics

通过 kube-prometheus-stack 安装并定制 helm values

这里直接完成上面提到的 2 步:

如何安装 Prometheus Operator: 通过 kube-prometheus-stack helm chart
如何配置对 kubeadm 安装的集群的组件监控

在我们用 Helm 安装kube-prometheus-stack之前，我们需要创建一个values.yaml来调整kubeadm 集群的默认 chart value。

为 Prometheus 和 AlertManager 配置持久化存储

推荐要为 Prometheus 和 AlertManager 配置持久化存储, 而不要直接使用 emptyDir. 存储具体如何配置根据您的集群的实际情况来, 这边就不做过多介绍.

Prometheus 的配置改这里
AlertManager 的配置改这里

etcd 相关配置

Kubeadm etcd 监控的端口是 2381（而不是Helm chart中指定的默认值: 2379）]，所以我们需要明确覆盖这个值。

kubeEtcd:
  enabled: true
  service:
    enabled: true
    port: 2381
    targetPort: 2381

Controller Manger 相关配置

这里不需要做太多配置, 关于 https 和端口, 如果相关 key 为空或未设置，该值将根据目标Kubernetes 版本动态确定，原因是默认端口在Kubernetes 1.22中的变化。注意下面的: .kubeControllerManager.service.port 和 .kubeControllerManager.service.targetPort 以及 .kubeControllerManager.serviceMonitor.https 和 .kubeControllerManager.serviceMonitor.insecureSkipVerify.

如果配置后监控抓不到或有异常, 可以按实际情况调整.

kubeControllerManager:
  enabled: true
  ...
  service:
    enabled: true
    port: null
    targetPort: null
  serviceMonitor:
    enabled: true
    ...
    https: null
    insecureSkipVerify: null
    ...

Kubernetes Scheduler

同上, 这里不需要做太多配置, 关于 https 和端口, 如果相关 key 为空或未设置，该值将根据目标Kubernetes 版本动态确定，原因是默认端口在Kubernetes 1.23中的变化。注意下面的: .kubeScheduler.service.port 和 .kubeScheduler.service.targetPort 以及 .kubeScheduler.serviceMonitor.https 和 .kubeScheduler.serviceMonitor.insecureSkipVerify.

如果配置后监控抓不到或有异常, 可以按实际情况调整.

kubeScheduler:
  enabled: true
  ...
  service:
    enabled: true
    port: 10259
    targetPort: 10259
  serviceMonitor:
    enabled: true
    ...
    https: true
    insecureSkipVerify: true
    ...

Kubernetes Proxy

也是如此, 根据是否 https 和端口进行调整, 如下:

kubeProxy:
  enabled: true
  endpoints: []
  service:
    enabled: true
    port: 10249
    targetPort: 10249
  serviceMonitor:
    enabled: true
    ...
    https: false
  ...

通过 Helm 安装 kube-prometheus-stack

添加 Helm 仓库:

helm repo add prometheus-community https://prometheus-community.github.io/helm-charts
helm repo list
helm repo update prometheus-community

安装:

helm upgrade --install \
  --namespace prom \
  --create-namespace \
  -f values.yaml \
  monitor prometheus-community/kube-prometheus-stack

验证

这里主要验证 kubeadm 的 Kubernetes 组件有没有正常监控到, 可以通过 Prometheus UI 或 Grafana UI 直接查看进行验证.

可以通过 Ingress 或 NodePort 将 Prometheus UI 或 Grafana UI 地址暴露出去, 然后访问:

Status -> Targets 查看监控状态, 这里举几个组件来进行说明:

Controller Manager 监控状态

Kube Proxy 监控状态

Kube Scheduler 监控状态

Grafana 可以直接登录后查看对应的仪表板, 如下图:

etcd Grafana Dashboard

🎉🎉🎉

📚️ 参考文档

helm-charts/charts/kube-prometheus-stack at main · prometheus-community/helm-charts (github.com)
Deploy to kubeadm - Prometheus Operator (prometheus-operator.dev)
Prometheus Operator 监控 etcd 集群-阳明的博客
Prometheus: installing kube-prometheus-stack on a kubeadm cluster | Fabian Lee : Software Engineer