Kubernetes 日志查询分析实践

2021-10-08 18:10:20

作者：抱泽
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准备工作

为了完成后续的相关操作，我们需要准备一个 K8s 集群，操作步骤如下：

登陆容器服务控制台。
创建一个标准托管集群（杭州区域），在向导中勾选上【使用 EIP 暴露 API Server】 和【使用日志服务】。
集群创建完毕后，回到集群列表页面，点击【更多->通过 CloudShell 管理集群】。
在 CloudShell 中输入 kubectl get ds -n kube-system，结果中显示的 logtail-ds 即为了实现数据采集所安装的日志服务组件。
打开日志服务控制台，可以看到和 K8s 集群 ID 所对应的 project 也已经创建完毕。

操作截图如下：

图：创建托管集群（步骤 2）

图：打开 CloudShell（步骤 3）

图：在 CloudShell 中查看日志服务组件（步骤 4）

图：打开日志服务控制台，查看 project（步骤 5）

1. 数据采集

在 K8s 环境下，容器日志数据从大体上分为两类：容器标准输出和容器内文本文件，前者是容器特有的一种日志存在形式，后者和传统的文本文件日志类似，只是文件存放在各个容器内部，相互之间隔离。下面我们将介绍如何对这两种类型的日志进行采集。

1.1. Mock 数据

我们将使用如下两个 YAML 文件分别生成标准输出和容器内文件两种形式的 mock 数据。
容器标准输出

# 创建两个 pod 来生成 mock 数据
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: nginx-stdout-log-demo-1
  namespace: nginx-stdout
spec:
  template:
    metadata:
      name: nginx-stdout-log-demo-1
    spec:
      containers:
      - name: nginx-stdout-log-demo-1
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/log-service/docker-log-test:latest
        command: ["/bin/mock_log"]
        args: ["--stderr=false", "--stdout=true", "--log-type=nginx", "--total-count=100000000", "--logs-per-sec=5"]
      restartPolicy: Never
---
apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: nginx-stdout-log-demo-2
  namespace: nginx-stdout
spec:
  template:
    metadata:
      name: nginx-stdout-log-demo-2
    spec:
      containers:
      - name: nginx-stdout-log-demo-2
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/log-service/docker-log-test:latest
        command: ["/bin/mock_log"]
        args: ["--stderr=false", "--stdout=true", "--log-type=nginx", "--total-count=100000000", "--logs-per-sec=5"]
      restartPolicy: Never

容器内文本文件（/var/log/access.log）

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: nginx-file-log-demo
  namespace: nginx-file
spec:
  template:
    metadata:
      name: nginx-file-log-demo
    spec:
      restartPolicy: Never
      containers:
      - name: nginx-file-log-demo
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/log-service/docker-log-test:latest
        command: ["/bin/mock_log"]
        args: ["--log-type=nginx", "--stdout=false", "--stderr=false", "--path=/var/log/access.log", "--total-count=100000000", "--logs-per-sec=5"]

操作步骤：

打开 CloudShell，参考准备工作中的步骤 3。
在集群中应用上面提及的两个 YAML（Github）。
执行 kubectl get pods 查看负责生成日志的几个 Pod。
查看两个 Pod 生成日志的情况（根据实际情况替换命令中的 pod 名）
- 标准输出：执行 kubectl logs -n nginx-stdout --tail=10 nginx-stdout-log-demo-1-7kvwx。
- 容器内文件：执行 kubectl exec -n nginx-file nginx-file-log-demo-7frsp -- bash -c "tail /var/log/access.log"。

$ kubectl create namespace nginx-stdout
$ kubectl create -f https://raw.githubusercontent.com/goclis/kubernetes-mock-log/master/pod_nginx_stdout.yaml
$ kubectl create namespace nginx-file
$ kubectl create -f https://raw.githubusercontent.com/goclis/kubernetes-mock-log/master/pod_nginx_file.yaml

命令：生成 mock 数据（步骤 2）

$ kubectl get pods -A
NAMESPACE      NAME                                               READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-file     nginx-file-log-demo-7frsp                          1/1     Running   0          2m9s
nginx-stdout   nginx-stdout-log-demo-1-7kvwx                      1/1     Running   0          2m12s
nginx-stdout   nginx-stdout-log-demo-2-4x7vw                      1/1     Running   0          2m12s

命令：查看日志服务组件（步骤 3）

1.2. 采集标准输出

操作步骤：

登陆日志服务控制台，点击进入集群 ID 对应的 project。
创建一个 logstore 用于存储标准输出日志，比如 k8s-stdout。
在 logstore 中新增 Logtail 配置，类型为【Docker 标准输出】，选择现有机器组中前缀为 k8s-group 的机器组。
在【数据源设置】页面，填写【配置名称】和【插件配置】。

操作截图如下：

图：创建 Logtail 采集配置

图：选择 Docker 标准输出配置

图：选择现有机器组

图：选择 k8s-group 开头的机器组

图：填写 Docker 标准输出采集配置内容
以下为两个可选的采集配置（使用 IncludeLabel 分别采集两个 namespace 下的数据，参考）：
配置：采集 namespace nginx-stdout

{
    "inputs": [
        {
            "detail": {
                "IncludeLabel": {
                    "io.kubernetes.pod.namespace": "nginx-stdout"
                },
                "ExcludeLabel": {}
            },
            "type": "service_docker_stdout"
        }
    ]
}

配置：采集 namespace kube-system

{
    "inputs": [
        {
            "detail": {
                "IncludeLabel": {
                    "io.kubernetes.pod.namespace": "kube-system"
                },
                "ExcludeLabel": {}
            },
            "type": "service_docker_stdout"
        }
    ]
}

1.3. 采集容器内文件

操作步骤：

登陆日志服务控制台，点击进入集群 ID 对应的 project。
创建一个 logstore 用于存储容器内文件日志，比如 nginx-file。
在 logstore 中新增 Logtail 配置，类型为【Docker 文件】，选择现有机器组中前缀为 k8s-group 的机器组。
在【数据源设置】页面，填写【配置名称】和具体的配置信息（采集文件的路径、Label 等），示例为采集 /var/log/access.log。

图：选择 Docker 文件配置

图：填写 Docker 文件采集配置内容

2. 日志查询

2.1. 设置字段索引 & 开启日志聚类

为了使用日志服务提供的查询、日志聚类等功能，首先需要对索引进行配置。操作步骤如下：

登陆日志服务控制台，进入集群 ID 对应的 project，从左侧导航栏的 logstore 中选择先前创建的 k8s-stdout，展开点击查询分析进行查询控制台。
点击右上角的【查询分析属性 -> 设置索引】。
在弹出窗口中勾选上【日志聚类】，然后点击【自动生成索引】。
点击【确定】保存索引。

操作截图如下：

图：进入 logstore 查询分析界面

图：索引配置入口

图：开启日志聚类

图：自动生成字段索引

2.2. 基本查询

在配置完索引后，我们可以在查询输入框中使用查询语句可以快速地筛选日志，以下是一些示例：

查看命名空间 nginx-stdout 下的日志：_namespace_:nginx-stdout
查看其他命名空间下的日志：not _namespace_: nginx-stdout
查看命名空间 kube-system 下指定 pod 的日志：_namespace_: kube-system and _pod_name_: xxxxxx

在实际查询过程中，我们可以通过直接点击查询结果中的内容来快速填充查询语句，截图如下。

图：点击查询结果中的内容

图：查询语句快速填充

2.3. 日志聚类 & 上下文查询 & LiveTail

在排查问题时，我们一般会组合使用日志聚类、上下文查询以及 LiveTail 这三个功能来辅助问题排查。

首先，利用日志聚类来快速地查看日志模式，发现其中怀疑的问题日志。
接着，利用上下文查询，来跟踪问题日志前后的日志，辅助我们定位问题。
最后，在根据问题做出调整后，使用 LiveTail 来查看最新日志的变化情况，确认是否达到修改预期。

以下假设应用 pod 是 metrics-server，我们可以借助这套方法来对它进行分析：

查询输入框输入 metrics-server，点击查询分析，可以看到所有范围（默认为最近 15 分钟）的全部日志，一般来说会很多。
由于日志较多，为了发现日志模式，我们切换到【日志聚类】标签页，可以看到这段时间内的日志在模式上分为有限的几类。我们可以拖动 pattern 进度条选择粒度，对于特定 pattern，点击【日志数量】来查看具体日志。
悬停到日志时间左侧的图标，点击弹出菜单中的【上下文浏览】，在弹出页面中同样可以进行筛选，并点击【更早】、【更新】来查看指定日志的上文和下文。
悬停到日志时间左侧的图标，点击弹出菜单中的【LiveTail】。

图：日志聚类结果

图：上下文查询入口

图：上下文查询

图：LiveTail

3. Ingress & Audit 方案

除了 K8s 环境下基本的日志采集、查询分析功能以外，我们还针对 K8s 环境下的 Ingress、审计（Audit）日志提供了方案。

3.1. Ingress

为了在集群中部署 Ingress 方案，只需要在集群已安装日志服务组件的基础上，应用如下的 YAML 文件即可：

apiVersion: log.alibabacloud.com/v1alpha1
kind: AliyunLogConfig
metadata:
  # your config name, must be unique in you k8s cluster
  name: k8s-nginx-ingress
spec:
  # logstore name to upload log
  logstore: nginx-ingress
  # product code, only for k8s nginx ingress
  productCode: k8s-nginx-ingress
  # logtail config detail
  logtailConfig:
    inputType: plugin
    # logtail config name, should be same with [metadata.name]
    configName: k8s-nginx-ingress
    inputDetail:
      plugin:
        inputs:
        - type: service_docker_stdout
          detail:
            IncludeLabel:
              io.kubernetes.container.name: nginx-ingress-controller
            Stderr: false
            Stdout: true
        processors:
        - type: processor_regex
          detail:
            KeepSource: false
            Keys:
            - client_ip
            - x_forward_for
            - remote_user
            - time
            - method
            - url
            - version
            - status
            - body_bytes_sent
            - http_referer
            - http_user_agent
            - request_length
            - request_time
            - proxy_upstream_name
            - upstream_addr
            - upstream_response_length
            - upstream_response_time
            - upstream_status
            - req_id
            - host
            NoKeyError: true
            NoMatchError: true
            Regex: ^(\S+)\s-\s\[([^]]+)]\s-\s(\S+)\s\[(\S+)\s\S+\s"(\w+)\s(\S+)\s([^"]+)"\s(\d+)\s(\d+)\s"([^"]*)"\s"([^"]*)"\s(\S+)\s(\S+)+\s\[([^]]*)]\s(\S+)\s(\S+)\s(\S+)\s(\S+)\s(\S+)\s*(\S*).*
            SourceKey: content

该 YAML 会在集群对应的日志服务 project 中创建一个名为 nginx-ingress 的 logstore，存储相关的日志，并且会对应地创建一系列基于 Ingress 日志所构建的详细报表，辅助我们分析 Ingress 日志。

图：Ingress 概览
更多信息可以阅读《Kubernetes Ingress 日志分析入门》。

审计（Audit）

目前，审计方案会在集群创建时自动应用，相关的日志会存储在日志服务 project 下以 audit- 为前缀的 logstore 中，其中包含针对集群操作的详细日志，比如资源（Pod、Deploy）的创建与删除、集群的扩容记录等。类似地，审计方案同样提供了一系列详细报表。

图：审计中心概览
更多信息可以阅读《最全 Kubernetes 审计日志方案》。

参考文档

“ 阿里巴巴开源镜像站提供全面，高效和稳定的系统镜像、应用软件下载、域名解析和时间同步服务。”

码农公寓

准备工作

1. 数据采集

1.1. Mock 数据

1.2. 采集标准输出

1.3. 采集容器内文件

2. 日志查询

2.1. 设置字段索引 & 开启日志聚类

2.2. 基本查询

2.3. 日志聚类 & 上下文查询 & LiveTail

3. Ingress & Audit 方案

3.1. Ingress

审计（Audit）

参考文档

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