容器监控实践—node-exporter

概述

Prometheus从2016年加入CNCF，到2018年8月毕业，现在已经成为Kubernetes的官方监控方案，接下来的几篇文章将详细解读Promethues(2.x)

Prometheus可以从Kubernetes集群的各个组件中采集数据，比如kubelet中自带的cadvisor，api-server等，而node-export就是其中一种来源

Exporter是Prometheus的一类数据采集组件的总称。它负责从目标处搜集数据，并将其转化为Prometheus支持的格式。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，默认的抓取地址为http://CURRENT_IP:9100/metrics

node-exporter用于采集服务器层面的运行指标，包括机器的loadavg、filesystem、meminfo等基础监控，类似于传统主机监控维度的zabbix-agent

node-export由prometheus官方提供、维护，不会捆绑安装，但基本上是必备的exporter

功能

node-exporter用于提供*NIX内核的硬件以及系统指标。

• 如果是windows系统，可以使用WMI exporter
• 如果是采集NVIDIA的GPU指标，可以使用prometheus-dcgm

根据不同的*NIX操作系统，node-exporter采集指标的支持也是不一样的，如：

• diskstats 支持 Darwin, Linux
• cpu 支持Darwin, Dragonfly, FreeBSD, Linux, Solaris等，

详细信息参考：node_exporter

我们可以使用 --collectors.enabled参数指定node_exporter收集的功能模块,或者用--no-collector指定不需要的模块，如果不指定，将使用默认配置。

部署

二进制部署：

• 下载地址：从https://github.com/prometheus...
• 解压文件：tar -xvzf **.tar.gz
• 开始运行：./node_exporter

./node_exporter -h 查看帮助

usage: node_exporter [<flags>]

Flags:
  -h, --help
  --collector.diskstats.ignored-devices
  --collector.filesystem.ignored-mount-points
  --collector.filesystem.ignored-fs-types      
  --collector.netdev.ignored-devices      
  --collector.netstat.fields      
  --collector.ntp.server="127.0.0.1"
  .....

./node_exporter运行后，可以访问http://${IP}:9100/metrics，就会展示对应的指标列表

Docker安装：

docker run -d \
  --net="host" \
  --pid="host" \
  -v "/:/host:ro,rslave" \
  quay.io/prometheus/node-exporter \
  --path.rootfs /host

k8s中安装：

node-exporter.yaml文件：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  annotations:
    prometheus.io/scrape: 'true'
  labels:
    app: node-exporter
    name: node-exporter
  name: node-exporter
spec:
  clusterIP: None
  ports:
  - name: scrape
    port: 9100
    protocol: TCP
  selector:
    app: node-exporter
  type: ClusterIP
----
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: node-exporter
spec:
  template:
    metadata:
      labels:
        app: node-exporter
      name: node-exporter
    spec:
      containers:
      - image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/tryk8s/node-exporter:latest
        name: node-exporter
        ports:
        - containerPort: 9100
          hostPort: 9100
          name: scrape
      hostNetwork: true
      hostPID: true

kubectl create -f node-exporter.yaml

得到一个daemonset和一个service对象，部署后，为了能够让Prometheus能够从当前node exporter获取到监控数据，这里需要修改Prometheus配置文件。编辑prometheus.yml并在scrape_configs节点下添加以下内容:

scrape_configs:
  # 采集node exporter监控数据
  - job_name: 'node'
    static_configs:
      - targets: ['localhost:9100']

也可以使用prometheus.io/scrape: 'true'标识来自动获取service的metric接口

- source_labels: [__meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_scrape]

配置完成后，重启prometheus就能看到对应的指标

查看指标：

直接查看：

如果是二进制或者docker部署，部署成功后可以访问：http://${IP}:9100/metrics

会输出下面格式的内容，包含了node-exporter暴露的所有指标：

# HELP go_gc_duration_seconds A summary of the GC invocation durations.
# TYPE go_gc_duration_seconds summary
go_gc_duration_seconds{quantile="0"} 6.1872e-05
go_gc_duration_seconds{quantile="0.25"} 0.000119463
go_gc_duration_seconds{quantile="0.5"} 0.000151156
go_gc_duration_seconds{quantile="0.75"} 0.000198764
go_gc_duration_seconds{quantile="1"} 0.009889647
go_gc_duration_seconds_sum 0.257232201
go_gc_duration_seconds_count 1187

# HELP node_cpu Seconds the cpus spent in each mode.
# TYPE node_cpu counter
node_cpu{cpu="cpu0",mode="guest"} 0
node_cpu{cpu="cpu0",mode="guest_nice"} 0
node_cpu{cpu="cpu0",mode="idle"} 68859.19
node_cpu{cpu="cpu0",mode="iowait"} 167.22
node_cpu{cpu="cpu0",mode="irq"} 0
node_cpu{cpu="cpu0",mode="nice"} 19.92
node_cpu{cpu="cpu0",mode="softirq"} 17.05
node_cpu{cpu="cpu0",mode="steal"} 28.1

Prometheus查看：

类似go_gc_duration_seconds和node_cpu就是metric的名称，如果使用了Prometheus,则可以在http://${IP}:9090/页面的指标中搜索到以上的指标：

常用指标类型有：

node_cpu：系统CPU使用量
node_disk*：磁盘IO
node_filesystem*：文件系统用量
node_load1：系统负载
node_memeory*：内存使用量
node_network*：网络带宽
node_time：当前系统时间
go_*：node exporter中go相关指标
process_*：node exporter自身进程相关运行指标

Grafana查看：

Prometheus虽然自带了web页面，但一般会和更专业的Grafana配套做指标的可视化，Grafana有很多模板，用于更友好地展示出指标的情况，如Node Exporter for Prometheus

在grafana中配置好变量、导入模板就会有上图的效果。

深入解读

node-exporter是Prometheus官方推荐的exporter，类似的还有

• HAProxy exporter
• Collectd exporter
• SNMP exporter
• MySQL server exporter
• ....

官方推荐的都会在https://github.com/prometheus下，在exporter推荐页，也会有很多第三方的exporter，由个人或者组织开发上传，如果有自定义的采集需求，可以自己编写exporter，具体的案例可以参考后续的[自定义Exporter]文章

版本问题

因为node_exporter是比较老的组件，有一些最佳实践并没有merge进去，比如符合Prometheus命名规范(https://prometheus.io/docs/pr...，目前(2019.1)最新版本为0.17

一些指标名字的变化（详细比对）

* node_cpu ->  node_cpu_seconds_total
* node_memory_MemTotal -> node_memory_MemTotal_bytes
* node_memory_MemFree -> node_memory_MemFree_bytes
* node_filesystem_avail -> node_filesystem_avail_bytes
* node_filesystem_size -> node_filesystem_size_bytes
* node_disk_io_time_ms -> node_disk_io_time_seconds_total
* node_disk_reads_completed -> node_disk_reads_completed_total
* node_disk_sectors_written -> node_disk_written_bytes_total
* node_time -> node_time_seconds
* node_boot_time -> node_boot_time_seconds
* node_intr -> node_intr_total

解决版本问题的方法有两种：

• 一是在机器上启动两个版本的node-exporter，都让prometheus去采集。
• 二是使用指标转换器,他会将旧指标名称转换为新指标

对于grafana的展示，可以找同时支持两套指标的dashboard模板

Collector

node-exporter的主函数：

// Package collector includes all individual collectors to gather and export system metrics.
package collector

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"

    "github.com/prometheus/client_golang/prometheus"
    "github.com/prometheus/common/log"
    "gopkg.in/alecthomas/kingpin.v2"
)

// Namespace defines the common namespace to be used by all metrics.
const namespace = "node"

可以看到exporter的实现需要引入github.com/prometheus/client_golang/prometheus库，client_golang是prometheus的官方go库，既可以用于集成现有应用，也可以作为连接Prometheus HTTP API的基础库。

比如定义了基础的数据类型以及对应的方法：

Counter：收集事件次数等单调递增的数据
Gauge：收集当前的状态，比如数据库连接数
Histogram：收集随机正态分布数据，比如响应延迟
Summary：收集随机正态分布数据，和 Histogram 是类似的

switch metricType {
        case dto.MetricType_COUNTER:
            valType = prometheus.CounterValue
            val = metric.Counter.GetValue()

        case dto.MetricType_GAUGE:
            valType = prometheus.GaugeValue
            val = metric.Gauge.GetValue()

        case dto.MetricType_UNTYPED:
            valType = prometheus.UntypedValue
            val = metric.Untyped.GetValue()

client_golang库的详细解析可以参考：theory-source-code

本文为容器监控实践系列文章，完整内容见：container-monitor-book