Prometheus

概述

参考：
官方文档
yunlzheng 写的电子书
GitHub 项目，Tencent-Cloud-Native/tkedocs(我个人总结完绝大部分文档后发现的这个项目)
Prometheus 纪录片
YouTube
B 站翻译

Prometheus 是由 SoundCloud 开发的开源监控报警系统和时间序列数据库(TSDB) 。Time Series(时间序列) 概念详见：Data Model(数据模型)。使用 Go 语言开发，是 Google BorgMon 监控系统的开源版本。

题外话：Google 的 Borg 诞生了 kuberntes、Google 的 Borgmon 诞生了 Prometheus

2016 年由 Google 发起 Linux 基金会旗下的 Cloud Native Computing Foundation(云原生计算基金会), 将 Prometheus 纳入其下第二大开源项目。Prometheus 目前在开源社区相当活跃。

Prometheus 架构概述

Prometheus 的基本原理是通过 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。不需要任何 SDK 或者其他的集成过程。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 。

下面这张图说明了 Prometheus 的整体架构，以及生态中的一些组件作用：

Prometheus 生态圈中包含了多个组件，其中许多组件是可选的，多数 Prometheus 组件是 Go 语言写的，使得这些组件很容易编译和部署：

Prometheus Server # 主要负责数据抓取和存储，提供 PromQL 查询语言的支持。用于收集和存储时间序列数据。
- 定期从配置好的 Jobs 中拉取 Exporters 采集的 Metrics(指标) 数据；或者接收来自 Pushgateway(类似 Zabbix 的 proxy) 发过来的 Metrics；或者从其他的 Prometheus Server 中拉取 Metrics。
- Prometheus Server 在本地存储收集到的 Metrics，通过一定 RecordingRule(记录规则) 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。还会运行已定义好的 AlertingRule(告警规则)，记录新的时间序列或者向 Alertmanager 推送警报。
- 由于 Metrics 都是通过 HTTP 或者 HTTPS 协议提供的，所以 Prometheus Server 在抓取 Metrics 时，也就是发起一次 HTTP 或者 HTTPS 的 GET 请求
Instrumenting # 为 Prometheus 提供 Metrics 的工具或代码。详见 Instrumenting
- Exporters# 导出器。Exporter 是 Prometheus 的一类数据采集组件的总称。它负责从设备上搜集数据，并将其转化为 Prometheus 支持的格式(一般情况下 exporter 是安装在需要采集数据的设备上的程序，并监听某个 port。但是如果想要收集 snmp 信息的话，则有专门的 snmp-exporter 安装在某个地方；再收集指定设备的 snmp 信息，然后 prometheus 再找 snmp-exporter 去收集数据)。与传统的数据采集组件不同的是，它并不向中央服务器发送数据，而是等待中央服务器主动前来抓取。Prometheus 提供多种类型的 Exporter 用于采集各种不同服务的运行状态。目前支持的有数据库、硬件、消息中间件、存储系统、HTTP 服务器、JMX 等。
- Client Library # 客户端库，官方提供的客户端类库有 go、java、scala、python、ruby，其他还有很多第三方开发的类库，支持 nodejs、php、erlang 等。为需要监控的服务生成相应的 Metrics 并暴露给 Prometheus server。当 Prometheus server 来 pull 时，直接返回实时状态的 Metrics。
- Push Gateway# 支持 Client 主动推送 Metrics 到 PushGateway，而 PrometheusServer 只是定时去 Gateway 上抓取数据。
Alertmanager # 警告管理器，用来进行报警。从 Prometheus server 端接收到 alerts 后，会进行去除重复数据，分组，并路由到对应的接受方式，发出报警。
- 常见的接收方式有：电子邮件，pagerduty，OpsGenie, webhook 等。
- 详见 Alertmanager
prometheus_cli # 命令行工具。
其他辅助性工具
- 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 PrometheusDashboard 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。

Prometheus 适用的场景

Prometheus 在记录纯数字时间序列方面表现非常好。它既适用于面向服务器等硬件指标的监控，也适用于高动态的面向服务架构的监控。对于现在流行的微服务，Prometheus 的多维度数据收集和数据筛选查询语言也是非常的强大。Prometheus 是为服务的可靠性而设计的，当服务出现故障时，它可以使你快速定位和诊断问题。它的搭建过程对硬件和服务没有很强的依赖关系。

Prometheus 不适用的场景

Prometheus 它的价值在于可靠性，甚至在很恶劣的环境下，你都可以随时访问它和查看系统服务各种指标的统计信息。如果你对统计数据需要 100%的精确，它并不适用，例如：它不适用于实时计费系统。

总结：prometheus 从 Instrumenting 那里抓取监控数据，储存。完了~哈哈哈哈哈

其他程序（e.g. Grafana）通过 PromQL 从 Prometheus 存储中查询数据后拿着查询数据干啥都行

Instrumenting(检测仪表装置) 的实现方式

Prometheus 可以通过 3 种方式从目标上 Scrape(抓取) 指标：

Exporters # 外部抓取程序
Instrumentation # 可以理解为内嵌的 Exporter，比如 Prometheus Server 的 9090 端口的 /metrics 就属于此类。
- 说白了，就是目标自己就可以吐出符合 Prometheus 格式的指标数据
Pushgateway # 针对需要推送指标的应用

详见 Instrumenting

Label 与 Relabeling

详见 Label 与 Relabeling 章节

Instrumenting 的安装与使用

详见 Instrumenting 章节

Prometheus 关联文件与配置

/etc/prometheus/prometheus.yml # Prometheus Server 运行时的配置文件。可通过 –config.file 标志指定其他文件。

/etc/prometheus/rule.yml # Prometheus Rule 配置文件。该文件默认不存在，需手动创建。可以在 prometheus.yml 配置中指定其他文件。

Prometheus 配置示例

默认配置文件

# 全局配置
global:
  scrape_interval:     15s # 默认抓取间隔, 15秒向目标抓取一次数据。
  evaluation_interval: 15s # 每15秒评估一次规则，默认为1分钟。
  # scrape_timeout is set to the global default (10s).

 # 告警报警配置，设置prometheus主程序对接alertmanager程序的
 alerting:
  alertmanagers:
  - static_configs:
    - targets:
      # - alertmanagerIP:9093

# 指定要使用的规则文件位置，并加载一次，根据全局配置中的 evaluation_interval 来定期评估
# 从所有匹配到的文件中读取配置内容。可以使用正则表达式匹配多个符合的文件。Prometheus支持两种规则
# 其一是记录规则(recording rules)
# 其二是告警规则(alerting rules)
rule_files:
  # - "first.rules"
  # - "second.rules"

# 抓取配置，prometheus抓取exporter上的数据时的配置，一个job就是一个抓取工作，其中可以包括1个或者多个目标
# 目标指的是可以被 prometheus 采集的服务器、服务等。
# 默认配置里，Prometheus Server 会抓取本地9090端口上数据。该端口上的 exporter 就是 PrometheusServer 自己的 exporter
scrape_configs:
# job_name 指定要 scrape(抓取) 的 job(工作) 名称，名称必须是唯一的
# 并且在这个配置内的时间序例，每一条都会自动添加上这个{job_name:"prometheus"}的标签。
- job_name: 'prometheus'
  # 设定该job的抓取时间间隔
  scrape_interval: 5s
  static_configs:
  - targets: ['localhost:9090']

具有 node_exporter 的配置简单文件

抓取部署了 node_exporter 设备的监控数据的方式及 prometheus.yml 配置文件说明

prometheus 会从 Node Exporter 所在服务器的 http://IP:9100/metrics 这个地址里的内容来获取该设备的监控数据

所以需要给 prometheus 创建一个工作(i.e.job)。一个 job 就是一个抓取监控数据的工作，其中包括要抓取目标的 ip 和 port，还可以设置标签进行分类，还能进行抓取筛选等等，下面提供一个基本的配置

修改 prometheus.yml，加入下面的监控目标，以便让 prometheus 监控这个已经安装了 node_exporter 的设备

- job_name: "linux" #新增一个job，名为linux
  static_configs: # 使用静态配置
    - targets: ["10.10.100.101:9100"] #添加一个要抓取数据的目标，指定IP与PORT 。node_exporter所安装的设备
      labels:
        instance: lchTest #给该目标添加一个标签

现在，prometheus.yml 配置文件中中一共定义了两个监控：一个是默认自带监控 prometheus 自身服务，另一个是我们新增的 job，这个 job 就是要抓取目标是 10.10.100.101 这台服务器上的监控数据

scrape_configs:
  - job_name: "prometheus"
    static_configs:
      - targets: ["localhost:9090"]
  - job_name: "linux" # 指定job名称
    static_configs: #设定静态配置
      - targets: ["10.10.100.101:9100"] # 指定node_exporter所安装设备的ip:port
        labels:
          instance: lchTest #给该target一个label来分类，常用于在查询语句中的筛选条件

访问 Prometheus Web，在 Status->Targets 页面下，我们可以看到我们配置的两个 Target，它们的 State 为 UP

Prometheus 部署

参考：
官方文档，Prometheus - 安装

官方系统版本可在这里下载：https://prometheus.io/download/

Prometheus 官方有多种部署方案，比如：Docker 容器、Ansible、Chef、Puppet、Saltstack 等。Prometheus 用 Golang 实现，因此具有天然可移植性(支持 Linux、Windows、macOS 和 Freebsd)。

二进制文件运行 Prometheus Server

https://github.com/prometheus/prometheus/releases/ 在该页面下直接下载 prometheus 的进制文件 prometheus-版本号.linux-amd64.tar.gz 并解压，其中包含 prometheus 的主程序还有 yaml 格式的配置文件以及运行所需要的依赖库

export PromVersion="2.25.1"
wget https://github.com/prometheus/prometheus/releases/download/v${PromVersion}/prometheus-${PromVersion}.linux-amd64.tar.gz

创建/usr/local/prometheus 目录，并将解压的所有文件移动到该目录下

mkdir /usr/local/prometheus
tar -zxvf prometheus-${PromVersion}.linux-amd64.tar.gz -C /usr/local/prometheus/ --strip-components=1

创建 Systemd 服务,在 ExecStart 字段上，使用运行时标志来对 prometheus 进行基本运行配置，标志说明详见下文

cat > /usr/lib/systemd/system/prometheus.service << EOF
[Unit]
Description=prometheus
After=network.target
[Service]
Type=simple
User=root
ExecStart=/usr/local/prometheus/prometheus \
  --web.console.templates=/usr/local/prometheus/consoles \
  --web.console.libraries=/usr/local/prometheus/console_libraries \
  --config.file=/usr/local/prometheus/prometheus.yml \
  --storage.tsdb.path=/var/lib/prometheusData \
  --web.enable-lifecycle
Restart=on-failure
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

启动 Prometheus

systemctl start prometheus

容器运行 prometheus

获取配置文件.

也可以不获取配置文件，去掉启动时的 -v /etc/monitoring/prometheus:/etc/prometheus/config_out 与 –config.file=/etc/prometheus/config_out/prometheus.yml 这两行即可获取配置文件主要是为了让后续测试可以更方便得修改文件

mkdir -p /opt/monitoring/prometheus
docker run -d --name prometheus --rm prom/prometheus
docker cp prometheus:/etc/prometheus /opt/monitoring/prometheus
mv /opt/monitoring/prometheus/prometheus /opt/monitoring/prometheus/config
docker stop prometheus

运行 Prometheus Server

docker run -d --name prometheus --restart=always \
  --network host \
  -v /etc/localtime:/etc/localtime \
  -v /opt/monitoring/prometheus/config:/etc/prometheus/config_out \
  prom/prometheus \
  --config.file=/etc/prometheus/config_out/prometheus.yml

Prometheus 的基本使用方式

Prometheus 运行后默认会监听在 9090 端口，可以通过访问 9090 端口来打开 Prometheus 的 web 界面

Prometheus 本身也是自带 exporter 的,我们通过请求 http://ip:9090/metrics 可以查看从 exporter 中能具体抓到哪些 metrics。

这里以 Prometheus 本身数据为例，简单演示下在 Web 中查询指定表达式及图形化显示查询结果。

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最后修改 December 18, 2024: promql, prom development (986a0fc6)