prometheus (四) 黑盒监控

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prometheus (四) 黑盒监控

lvbibir · 2023-04-27 · via lvbibir's Blog

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基于 centos7.9 docker-ce-20.10.18 kubelet-1.22.3-0 kube-prometheus-0.10 prometheus-v2.32.1

1 简介

Probe 的 API 文档

1.1 白盒监控 vs 黑盒监控

白盒监控: 我们监控主机的资源用量、容器的运行状态、数据库中间件的运行数据等等，这些都是支持业务和服务的基础设施，通过白盒能够了解其内部的实际运行状态，通过对监控指标的观察能够预判可能出现的问题，从而对潜在的不确定因素进行优化

黑盒监控: 以用户的身份测试服务的外部可见性，常见的黑盒监控包括 HTTP 探针 TCP 探针 等用于检测站点或者服务的可访问性，以及访问效率等。

黑盒监控相较于白盒监控最大的不同在于黑盒监控是以故障为导向的. 当故障发生时，黑盒监控能快速发现故障，而白盒监控则侧重于主动发现或者预测潜在的问题。一个完善的监控目标是要能够从白盒的角度发现潜在问题，能够在黑盒的角度快速发现已经发生的问题。

1.2 blackbox exporter

Blackbox Exporter 是 Prometheus 社区提供的官方黑盒监控解决方案，其允许用户通过 HTTP HTTPS DNS TCP ICMP 以及 gPRC 的方式对 endpoints 端点进行探测。

在 kube-prometheus 的默认配置中已经部署了 Blackbox Exporter 以供用户使用

[root@k8s-node1 kube-prometheus]# ls manifests/blackboxExporter-* | cat
manifests/blackboxExporter-clusterRoleBinding.yaml
manifests/blackboxExporter-clusterRole.yaml
manifests/blackboxExporter-configuration.yaml
manifests/blackboxExporter-deployment.yaml
manifests/blackboxExporter-serviceAccount.yaml
manifests/blackboxExporter-serviceMonitor.yaml
manifests/blackboxExporter-service.yaml

1.3 Probe CRD

prometheus-operator 提供了一个 Probe CRD 对象，可以用来进行黑盒监控，具体的探测功能由 Blackbox-exporter 实现。

Probe 支持 staticConfig 和 ingress 两种配置方式, 使用 ingress 时可以自动发现 ingress 代理的 url 并进行探测

大概步骤:

首先，用户创建一个 Probe CRD 对象，对象中指定探测方式、探测目标等参数；
然后，prometheus-operator watch 到 Probe 对象创建，然后生成对应的 prometheus 拉取配置，reload 到 prometheus 中；
最后，prometheus 使用 url=/probe?target={探测目标}&module={探测方式}，拉取 blackbox-exporter ，此时 blackbox-exporter 会对目标进行探测，并以 metrics 格式返回探测结果；

3526046601-63e4a22006154_fix732

2 probe 示例

2.1 staticConfig

2.1.1 kube-dns

使用黑盒监控监测 kube-dns 的可用性

默认配置下的 blackbox exporter 未开启 dns 模块, 我们手动开启一下

修改 blackboxExporter-configuration.yaml 文件, 添加 dns 模块

apiVersion: v1
data:
  config.yml: |-
    "modules":
      "dns":  # DNS 检测模块
        "prober": "dns"
        "dns":
          "transport_protocol": "tcp"  # 默认是 udp
          "preferred_ip_protocol": "ip4"  # 默认是 ip6
          "query_name": "kubernetes.default.svc.cluster.local"

更新 configmap 配置文件, prometheus-opertor 会 watch 到更新然后通过 pod 中的 module-configmap-reloader 容器通知 blackbox-exporter 重载配置

# 每个 blackbox-exporter POD 中有三个 container
[root@k8s-node1 manifests]# kubectl get pods -n monitoring -l app.kubernetes.io/name=blackbox-exporter \
-o jsonpath='{.items[*].spec.containers[*].name}{"\n"}'
blackbox-exporter module-configmap-reloader kube-rbac-proxy

[root@k8s-node1 manifests]# kubectl apply -f  blackboxExporter-configuration.yaml
configmap/blackbox-exporter-configuration configured
[root@k8s-node1 manifests]# kubectl logs -n monitoring -l app.kubernetes.io/name=blackbox-exporter | tail -2
level=info ts=2023-04-23T02:23:49.614Z caller=tls_config.go:191 msg="TLS is disabled." http2=false
level=info ts=2023-04-28T06:40:48.168Z caller=main.go:278 msg="Reloaded config file"

创建 Probe CRD 资源

apiVersion: monitoring.coreos.com/v1
kind: Probe
metadata:
  name: blackbox-kube-dns
  namespace: monitoring
spec:
  jobName: blackbox-kube-dns
  interval: 10s
  module: dns
  prober:                        # 指定blackbox的地址
    url: blackbox-exporter:19115 # blackbox-exporter 的 地址 和 端口
    path: /probe                 # 路径
  targets:
    staticConfig:
      static:
      - kube-dns.kube-system:53   # 要检测的 url

查看生成的 target

现在可以通过:

probe_success{job="blackbox-kube-dns"} 查看服务状态是否可用
probe_dns_lookup_time_seconds{job='blackbox-kube-dns'} DNS 解析耗时

查看 blackbox exporter 一次 dns 探测生成的 metrics 指标

2.2.1 http

http 探测一般使用 http_2xx 模块, 虽然默认有这个模块, 但是默认的配置不太合理, 我们修改一下

apiVersion: v1
data:
  config.yml: |-
    "modules":
      "dns":  # DNS 检测模块
        "prober": "dns"
        "dns":
          "transport_protocol": "tcp"  # 默认是 udp
          "preferred_ip_protocol": "ip4"  # 默认是 ip6
          "query_name": "kubernetes.default.svc.cluster.local"
      "http_2xx":
        "http":
          "preferred_ip_protocol": "ip4"
          "valid_status_codes": "[200]"    # 最好加上状态码, 方便 grafana 展示数据
          "valid_http_versions": ["HTTP/1.1", "HTTP/2"]
          "method": "GET"
        "prober": "http"

更新配置

[root@k8s-node1 manifests]# kubectl apply -f  blackboxExporter-configuration.yaml
configmap/blackbox-exporter-configuration configured

快速创建一个 nginx 应用

kubectl create deployment nginx --image=nginx:1.22.1 --port=80
kubectl expose deployment nginx --name=nginx --port=80 --target-port=80

创建 Probe 资源

apiVersion: monitoring.coreos.com/v1
kind: Probe
metadata:
  name: blackbox-http-nginx
  namespace: monitoring
spec:
  jobName: blackbox-http-nginx 
  prober:
    url: blackbox-exporter:19115
    path: /probe
  module: http_2xx # 配置文件中的检测模块
  targets: 
    staticConfig:
      static:
        - nginx.default

查看生成的 target

查看一次 http 探测生成的 metrics 指标

2.2 ingress 自动发现

接下来使用 ingrss 自动发现实现集群内的 ingress 并进行黑盒探测

先创建两个 web 应用

kubectl create deployment web-1 --image=nginx:1.22.1 --port=80
kubectl expose deployment web-1 --name=web-1 --port=80 --target-port=80

kubectl create deployment web-2 --image=nginx:1.22.1 --port=80
kubectl expose deployment web-2 --name=web-2 --port=80 --target-port=80

2.2.1 创建 ingress

包含三个路径: http://web1.test.com http://web1.test.com/test http://web2.test.com

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: demo-web
  namespace: default
  labels:
    prometheus.io/http-probe: "true" # 用于监测
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: traefik
    traefik.ingress.kubernetes.io/router.entrypoints: web
spec:
  rules:
  - host: web1.test.com
    http:
      paths:
      - pathType: Prefix
        path: /
        backend:
          service:
            name: web-1
            port:
              number: 80
      - pathType: Prefix
        path: /test
        backend:
          service:
            name: web-1
            port:
              number: 80
  - host: web2.test.com
    http:
      paths:
      - pathType: Prefix
        path: /
        backend:
          service:
            name: web-2
            port:
              number: 80

部署并访问测试

[root@k8s-node1 manifests]# echo "1.1.1.1 web1.test.com web2.test.com" >> /etc/hosts
[root@k8s-node1 manifests]# curl -sI web1.test.com | head -1
HTTP/1.1 200 OK
[root@k8s-node1 manifests]# curl -sI web1.test.com/test | head -1
HTTP/1.1 404 Not Found
[root@k8s-node1 manifests]# curl -sI web2.test.com | head -1
HTTP/1.1 200 OK

2.2.2 创建 probe

可以使用 label 或者 annotation 两种方式筛选监测的 ingress, 不配置监测所有 ingress

apiVersion: monitoring.coreos.com/v1
kind: Probe
metadata:
  name: blackbox-ingress
  namespace: monitoring
spec:
  jobName: blackbox-ingress
  prober:
    url: blackbox-exporter:19115
    path: /probe
  module: http_2xx
  targets:
    ingress:      
      namespaceSelector:
        # 监测所有 namespace
        # any: true      
        # 只监测指定 namespace 的 ingress
        matchNames:
        - default  
        - monitoring
      # 只监测配置了标签 prometheus.io/http-probe: true 的 ingress
      selector:
        matchLabels:
          prometheus.io/http-probe: "true"
      # 只监测配置了注解 prometheus.io/http_probe: true 的 ingress
      # relabelingConfigs: 
      # - action: keep
      #   sourceLabels:
      #   - __meta_kubernetes_ingress_annotation_prometheus_io_http_probe
      #   regex: "true"

查看 targets

不过由于 ingress 配置的域名无法解析, 所以监测到的状态是失败的:

2.2.3 配置 coredns

我们为 coredns 添加自定义 hosts, 实现 blackbox 可以解析到我们的自定义域名

# kubectl edit cm coredns -n kube-system
apiVersion: v1
data:
  Corefile: |
    .:53 {
        errors
        health {
           lameduck 5s
        }
        ready
        kubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa {
           pods insecure
           fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa
           ttl 30
        }
        prometheus :9153
        forward . /etc/resolv.conf {
           max_concurrent 1000
        }
        hosts {    # 添加 hosts 配置
          1.1.1.1 web1.test.com 
          1.1.1.1 web2.test.com
          fallthrough
        }
        cache 30
        loop
        reload
        loadbalance
    }    
kind: ConfigMap

等待 coredns 的配置生效后, 我们重新再看一下 target 状态

3 additionalScrapeConfigs

目前 prometheus operator 只支持 ingress 方式的自动发现, 而且自定义配置其实不是很多, 更推荐使用 additionalScrapeConfigs 静态配置的方式实现

3.2 service 自动发现

沿用 2.2 章节中创建的两个 service

修改 service web-1, 添加 annotation

# kubectl edit svc web-1
metadata:
  annotations:
    prometheus.io/http-probe: "true"    # 控制是否监测
    prometheus.io/http-probe-path: /    # 控制监测路径
    prometheus.io/http-probe-port: "80" # 控制监测端口

修改静态配置

# vim prometheus-additional.yaml
- job_name: "kubernetes-services"
  metrics_path: /probe
  params:
    module:
    - "http_2xx"
  ## 使用 Kubernetes 动态服务发现,且使用 Service 类型的发现
  kubernetes_sd_configs:
  - role: service
  relabel_configs:
    ## 设置只监测 Annotation 里配置了 prometheus.io/http_probe: true 的 service
  - action: keep
    source_labels: [__meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_http_probe]
    regex: "true"
  - action: replace
    source_labels:
    - "__meta_kubernetes_service_name"
    - "__meta_kubernetes_namespace"
    - "__meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_http_probe_port"
    - "__meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_http_probe_path"
    target_label: __param_target
    regex: (.+);(.+);(.+);(.+)
    replacement: $1.$2:$3$4
  - target_label: __address__
    replacement: blackbox-exporter:19115
  - source_labels: [__param_target]
    target_label: instance
  - action: labelmap
    regex: __meta_kubernetes_service_label_(.+)
  - source_labels: [__meta_kubernetes_namespace]
    target_label: kubernetes_namespace
  - source_labels: [__meta_kubernetes_service_name]
    target_label: kubernetes_name

更新 secret

kubectl create secret generic additional-scrape-configs -n monitoring --from-file=prometheus-additional.yaml  > additional-scrape-configs.yaml
kubectl apply -f additional-scrape-configs.yaml

确保 prometheus CRD 实例配置了 secret

[root@k8s-node1 manifests]# grep -A2 additionalScrapeConfigs prometheus-prometheus.yaml
  additionalScrapeConfigs:
    name: additional-scrape-configs  # secret name
    key: prometheus-additional.yaml  # secret key

查看 target, 可以看到只有 web-1 发现成功, 因为 web-2 没有配置 annotation

查看一下监测状态, 直接使用 <service-name>.<namespace> 访问, 在集群内是可以正常解析的, 所以这里 http 状态码为正常的 200

3.1 ingress 自动发现

依旧使用 2.2 章节中创建的 ingress

为 ingress 添加 annotation 注解

# kubectl edit ingress demo-web
  annotations:
    # 添加如下项 
    prometheus.io/http-probe: "true"     # 用于控制是否监测
    prometheus.io/http-probe-port: "80"  # 用于控制监测端口

修改静态配置

# cat prometheus-additional.yaml
- job_name: "kubernetes-ingresses"
  metrics_path: /probe
  params:
    module:
    - "http_2xx"
  ## 使用 Kubernetes 动态服务发现,且使用 ingress 类型的发现
  kubernetes_sd_configs:
  - role: ingress
  relabel_configs:
    ## 设置只监测 Annotation 里配置了 prometheus.io/http_probe: true 的 ingress
  - action: keep
    source_labels: [__meta_kubernetes_ingress_annotation_prometheus_io_http_probe]
    regex: "true"
  - action: replace
    source_labels:
    - "__meta_kubernetes_ingress_scheme"
    - "__meta_kubernetes_ingress_host"
    - "__meta_kubernetes_ingress_annotation_prometheus_io_http_probe_port"
    - "__meta_kubernetes_ingress_path"
    target_label: __param_target
    regex: (.+);(.+);(.+);(.+)
    replacement: ${1}://${2}:${3}${4}
  - target_label: __address__
    replacement: blackbox-exporter:19115
  - source_labels: [__param_target]
    target_label: instance
  - action: labelmap
    regex: __meta_kubernetes_ingress_label_(.+)
  - source_labels: [__meta_kubernetes_namespace]
    target_label: namespace
  - source_labels: [__meta_kubernetes_ingress_name]
    target_label: ingress_name

更新 secret

kubectl create secret generic additional-scrape-configs -n monitoring --from-file=prometheus-additional.yaml  > additional-scrape-configs.yaml
kubectl apply -f additional-scrape-configs.yaml

确保 prometheus CRD 实例配置了 secret

[root@k8s-node1 manifests]# grep -A2 additionalScrapeConfigs prometheus-prometheus.yaml
  additionalScrapeConfigs:
    name: additional-scrape-configs  # secret name
    key: prometheus-additional.yaml  # secret key

查看 target

查看监测状态, 与预期配置一样

以上

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2.1.1 kube-dns

2.2.1 http

2.2 ingress 自动发现

2.2.1 创建 ingress

2.2.2 创建 probe

2.2.3 配置 coredns

3 additionalScrapeConfigs

3.2 service 自动发现

3.1 ingress 自动发现