第四阶段

时间：2023年8月17日

参加人：全班人员

内容：

基于Prometheus监控Kubernetes集群

一、Prometheus简介

（一）Prometheus的基本原理

（二）Prometheus优势

（三）Prometheus工作服务过程

（四）Prometheus核心组件

（五）Prometheus实践架构图

二、Grafana简介

Grafana特点

三、安装部署

（一）环境准备

（二）部署kubernetes集群

（三）部署Prometheus监控平台

（四）部署Grafana服务

一、Prometheus简介

Prometheus是由SoundCloud开发的开源监控报警系统和时序列数据库(TSDB)；Prometheus使用Go语言开发，是Google BorgMon监控系统的开源版本；2016年由Google发起Linux基金会旗下的原生云基金会(Cloud Native Computing Foundation), 将Prometheus纳入其下第二大开源项目；Prometheus和Heapster(Heapster是K8S的一个子项目，用于获取集群的性能数据)，相比功能更完善、更全面；Prometheus性能也足够支撑上万台规模的集群。

官网地址：Prometheus - Monitoring system & time series database

（一）Prometheus的基本原理

通过HTTP协议周期性抓取被监控组件的状态，任意组件只要提供对应的HTTP接口就可以接入监控。

这样做非常适合做虚拟化环境监控系统，比如VM、Docker、Kubernetes等。输出被监控组件信息的HTTP接口被叫做exporter 。

目前互联网公司常用的组件大部分都有exporter可以直接使用，比如Varnish、Haproxy、Nginx、MySQL、Linux系统信息(包括磁盘、内存、CPU、网络等等)。

目前官方最新版本为2-23.0版本。

（二）Prometheus优势

·多维度数据模型。

·灵活的查询语言。

·不依赖分布式存储，单个服务器节点是自主的。

·通过基于HTTP的pull方式采集时序数据。

·可以通过中间网关进行时序列数据推送。

·通过服务发现或者静态配置来发现目标服务对象。

·支持多种多样的图表和界面展示，比如Grafana等。

（三）Prometheus工作服务过程

1、Prometheus Daemon负责定时去目标上抓取metrics(指标)数据，每个抓取目标需要暴露一个http服务的接口给它定时抓取。Prometheus支持通过配置文件、文本文件、Zookeeper、Consul、DNS SRV Lookup服务注册与发现等方式指定抓取目标。Prometheus采用PULL的方式进行监控，即服务器可以直接通过目标PULL数据或者间接地通过中间网关来Push数据。

2、Prometheus在本地存储抓取的所有数据，并通过一定规则进行清理和整理数据，并把得到的结果存储到新的时间序列中。

3、Prometheus通过PromQL和其他API可视化地展示收集的数据。Prometheus支持很多方式的图表可视化，例如Grafana、自带的Promdash以及自身提供的模版引擎等等。Prometheus还提供HTTP API的查询方式，自定义所需要的输出。

4、PushGateway支持Client主动推送metrics到PushGateway，而Prometheus只是定时去Gateway上抓取数据。

5、Alertmanager是独立于Prometheus的一个组件，可以支持Prometheus的查询语句，提供十分灵活的报警方式。

（四）Prometheus核心组件

·Server 主要负责数据采集和存储，提供PromQL查询语言的支持

·Alertmanager 警告管理器，用来进行报警

·Push Gateway 主要是实现接收由Client push过来的指标数据，在指定的时间间隔，由主程序来抓取。

·node_exporter 用来监控服务器CPU、内存、磁盘、I/O等信息。

（五）Prometheus实践架构图

二、Grafana简介

Grafana是一个可视化面板（Dashboard），有着非常漂亮的图表和布局展示，功能齐全的度量仪表盘和图形编辑器。

支持Graphite、zabbix、InfluxDB、Prometheus和OpenTSDB作为数据源。

Grafana特点

        ·Grafana是一个可视化面板（Dashboard），有着非常漂亮的图表和布局展示，功能齐全的度量仪表盘和图形编辑器。支持Graphite、zabbix、InfluxDB、Prometheus和OpenTSDB作为数据源。

        ·Grafana支持许多不同的时间序列数据（数据源）存储后端。每个数据源都有一个特定查询编辑器。官方支持以下数据源：Graphite、infloxdb、opensdb、prometheus、elasticsearch、cloudwatch。每个数据源的查询语言和功能明显不同。你可以将来自多个数据源的数据组合到一个仪表板上，但每个面板都要绑定到属于特定组织的特定数据源。

        ·Grafana中的警报允许您将规则附加到仪表板面板上。保存仪表板时，Gravana会将警报规则提取到单独的警报规则存储中，并安排它们进行评估。报警消息还能通过钉钉、邮箱等推送至移动端。但目前grafana只支持graph面板的报警。

        ·Grafana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；

        ·Grafana使用Ad-hoc过滤器允许动态创建新的键/值过滤器，这些过滤器会自动应用于使用该数据源的所有查询

三、安装部署

（一）环境准备

IP地址	主机名	组件
192.168.100.131	k8s-master	kubeadm、kubelet、kubectl、docker-ce
192.168.100.132	k8s-node01	kubeadm、kubelet、kubectl、docker-ce
192.168.100.133	k8s-node02	kubeadm、kubelet、kubectl、docker-ce

注意：所有主机配置推荐CPU：2C+ Memory：2G+

项目拓扑

1、主机初始化配置

所有主机配置禁用防火墙和selinux

[root@localhost ~]# setenforce 0

[root@localhost ~]# iptables -F

[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld

[root@localhost ~]# systemctl disable firewalld

[root@localhost ~]# systemctl stop NetworkManager

[root@localhost ~]# systemctl disable NetworkManager

[root@localhost ~]# sed -i '/^SELINUX=/s/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

2、配置主机名并绑定hosts，不同主机名称不同

[root@localhost ~]# hostname k8s-master

[root@localhost ~]# bash

[root@k8s-master ~]# cat << EOF >> /etc/hosts

192.168.100.131 k8s-master

192.168.100.132 k8s-node01

192.168.100.133 k8s-node02

EOF

[root@localhost ~]# hostname k8s-node01

[root@k8s-node01 ~]# cat /etc/hosts

[root@localhost ~]# hostname k8s-node02

[root@k8s-node02 ~]#cat /etc/hosts

3、主机配置初始化

[root@k8s-master ~]# yum -y install vim wget net-tools lrzsz

[root@k8s-master ~]# swapoff -a

[root@k8s-master ~]# sed -i '/swap/s/^/#/' /etc/fstab

[root@k8s-master ~]# cat << EOF >> /etc/sysctl.conf

net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1

net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1

EOF

[root@k8s-master ~]# modprobe br_netfilter

[root@k8s-master ~]# sysctl -p

4、部署docker环境

1）三台主机上分别部署 Docker 环境，因为 Kubernetes 对容器的编排需要 Docker 的支持。

[root@k8s-master ~]# wget -O /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-7.repo

[root@k8s-master ~]# yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2

2）使用 YUM 方式安装 Docker 时，推荐使用阿里的 YUM 源。

[root@k8s-master ~]# yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

3）清除缓存

[root@k8s-master ~]# yum clean all && yum makecache fast

4）启动docker

[root@k8s-master ~]# yum -y install docker-ce

[root@k8s-master ~]# systemctl start docker

[root@k8s-master ~]# systemctl enable docker

5）镜像加速器（所有主机配置）

[root@k8s-master ~]# cat << END > /etc/docker/daemon.json

{ "registry-mirrors":[ "https://nyakyfun.mirror.aliyuncs.com" ]

}

END

6）重启docker

[root@k8s-master ~]# systemctl daemon-reload

[root@k8s-master ~]# systemctl restart docker

（二）部署kubernetes集群

1、组件介绍

三个节点都需要安装下面三个组件

kubeadm：安装工具，使所有的组件都会以容器的方式运行

kubectl：客户端连接K8S API工具

kubelet：运行在node节点，用来启动容器的工具

2、配置阿里云yum源

使用 YUM 方式安装 Kubernetes时，推荐使用阿里的 YUM 源。

[root@k8s-master ~]# ls /etc/yum.repos.d/

[root@k8s-master ~]# cat > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo

3、安装kubelet kubeadm kubectl

所有主机配置

[root@k8s-master ~]# yum install -y kubelet-1.20.0 kubeadm-1.20.0 kubectl-1.20.0

[root@k8s-master ~]# systemctl enable kubelet

[root@k8s-master ~]# kubectl version

kubelet 刚安装完成后，通过 systemctl start kubelet 方式是无法启动的，需要加入节点或初始化为 master 后才可启动成功。

4、配置init-config.yaml

Kubeadm 提供了很多配置项，Kubeadm 配置在 Kubernetes 集群中是存储在ConfigMap 中的，也可将这些配置写入配置文件，方便管理复杂的配置项。Kubeadm 配内容是通过 kubeadm config 命令写入配置文件的。

在master节点安装，master 定于为192.168.100.131，通过如下指令创建默认的init-config.yaml文件：

[root@k8s-master ~]# kubeadm config print init-defaults > init-config.yaml

init-config.yaml配置

[root@k8s-master ~]# cat init-config.yaml

5、安装master节点

1）拉取所需镜像

[root@k8s-master ~]# kubeadm config images list --config init-config.yaml

[root@k8s-master ~]# kubeadm config images pull --config init-config.yaml

2）安装matser节点

[root@k8s-master ~]# kubeadm init --config=init-config.yaml //初始化安装K8S

3）根据提示操作

kubectl 默认会在执行的用户家目录下面的.kube 目录下寻找config 文件。这里是将在初始化时[kubeconfig]步骤生成的admin.conf 拷贝到.kube/config

[root@k8s-master ~]# mkdir -p $HOME/.kube

[root@k8s-master ~]# cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config

[root@k8s-master ~]# chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

Kubeadm 通过初始化安装是不包括网络插件的，也就是说初始化之后是不具备相关网络功能的，比如 k8s-master 节点上查看节点信息都是“Not Ready”状态、Pod 的 CoreDNS无法提供服务等。

6、安装node节点

1）根据master安装时的提示信息

[root@k8s-node01 ~]# kubeadm join 192.168.100.131:6443 --token abcdef.0123456789abcdef --discovery-token-ca-cert-hash sha256:78bdd0f01660f4e84355b70aa8807cf1d0d6325b0b28502b29c241563e93b4ae

[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes

[root@k8s-node02 ~]# kubeadm join 192.168.100.131:6443 --token abcdef.0123456789abcdef --discovery-token-ca-cert-hash sha256:78bdd0f01660f4e84355b70aa8807cf1d0d6325b0b28502b29c241563e93b4ae

Master操作：

[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes

前面已经提到，在初始化 k8s-master 时并没有网络相关配置，所以无法跟 node 节点通信，因此状态都是“NotReady”。但是通过 kubeadm join 加入的 node 节点已经在k8s-master 上可以看到。

7、安装flannel

Master 节点NotReady 的原因就是因为没有使用任何的网络插件，此时Node 和Master的连接还不正常。目前最流行的Kubernetes 网络插件有Flannel、Calico、Canal、Weave 这里选择使用flannel。

所有主机：

master上传kube-flannel.yml，所有主机上传flannel_v0.12.0-amd64.tar，cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz

[root@k8s-master ~]# docker load < flannel_v0.12.0-amd64.tar

上传插件：

[root@k8s-master ~]# tar xf cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz

[root@k8s-master ~]# cp flannel /opt/cni/bin/

master上传kube-flannel.yml

master主机配置：

[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f kube-flannel.yml

[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -n kube-system

已经是ready状态

8、部署测试应用

1）所有node主机导入测试镜像

[root@k8s-master ~]# docker pull nginx

2）在Kubernetes集群中创建一个pod，验证是否正常运行。

[root@k8s-master ~]# mkdir demo

[root@k8s-master ~]# cd demo

[root@k8s-master demo]# vim nginx-deployment.yaml

创建完 Deployment 的资源清单之后，使用 create 执行资源清单来创建容器。通过 get pods 可以查看到 Pod 容器资源已经自动创建完成。

[root@k8s-master demo]# kubectl create -f nginx-deployment.yaml

[root@k8s-master demo]# kubectl get pods

[root@k8s-master demo]# kubectl get pods -o wide

3）创建Service资源清单

在创建的 nginx-service 资源清单中，定义名称为 nginx-service 的 Service、标签选择器为 app: nginx、type 为 NodePort 指明外部流量可以访问内部容器。在 ports 中定义暴露的端口库号列表，对外暴露访问的端口是 80，容器内部的端口也是 80。

[root@k8s-master demo]# vim nginx-service.yaml

[root@k8s-master1 demo]# kubectl create -f nginx-service.yaml

[root@k8s-master demo]# kubectl get svc

访问测试：

[root@k8s-master demo]# curl 10.101.253.90:80

通过浏览器访问nginx：http://192.168.100.131:31367

（三）部署Prometheus监控平台

1、准备Prometheus相关YAML文件

在master节点/opt目录下新建pgmonitor目录

[root@k8s-master ~]# mkdir pgmonitor

[root@k8s-master ~]# cd pgmonitor/

将下载yaml包上传至/opt/pgmonitor目录并解压

[root@k8s-master ~]# unzip k8s-prometheus-grafana-master.zip

2、部署prometheus

1)部署守护进程

[root@k8s-master pgmonitor]# cd k8s-prometheus-grafana-master/

[root@k8s-master k8s-prometheus-grafana-master]# kubectl create -f node-exporter.yaml

2)部署其他yaml文件