Kubernetes监控:部署Heapster、InfluxDB和Grafana

2022-03-25 19:35:20

本节内容：

Kubernetes 监控方案
Heapster、InfluxDB和Grafana介绍
安装配置Heapster、InfluxDB和Grafana
访问 grafana
访问 influxdb admin UI
heapster采集的metric

一、Kubernetes 监控方案

可选的方案：

Heapster + InfluxDB + Grafana
Prometheus + Grafana
Cadvisor + InfluxDB + Grafana

本篇文章介绍的是Heapster + InfluxDB + Grafana，kubernetes集群（1.6.0）搭建见前面的文章。

二、Heapster、InfluxDB和Grafana介绍

开源软件cAdvisor（Container cAdvisor）是用于监控容器运行状态的利器之一（cAdvisor项目的主页为https://github.com/cAdvisor），它被用于多个与Docker相关的开源项目中。

在kubernetes系统中，cAdvisor已经被默认集成到了kubelet组件内，当kubelet服务启动时，它会自动启动cAdvisor服务，然后cAdvisor会实时采集所在节点的性能指标及节点上运行的容器的性能指标。kubelet的启动参数--cadvisor-port可自定义cAdvisor对外提供服务的端口号，默认是4194。

cAdvisor提供了web页面可供浏览器访问，例如本kubernetes集群中的一个Node的ip是172.16.7.151，那么浏览器输入http://172.16.7.151:4194可以访问cAdvisor的监控页面。cAdvisor主页显示了主机的实时运行状态，包括CPU使用情况、内存使用情况、网络吞吐量及文件系统使用情况等信息。

但是cAdvisor只提供了单机的容器资源占用情况，而在大规模容器集群中，需要对所有的Node和全部容器进行性能监控。这就需要一套工具来实现集群性能数据的采集、存储和展示：Heapster、InfluxDB和Grafana。

Heapster提供了整个集群的资源监控，并支持持久化数据存储到InfluxDB、Google Cloud Monitoring或者其他的存储后端。Heapster从kubelet提供的API采集节点和容器的资源占用。另外，Heapster的 /metrics API提供了Prometheus格式的数据。

InfluxDB是一个开源分布式时序、事件和指标数据库；而Grafana则是InfluxDB的 dashboard，提供了强大的图表展示功能。它们常被组合使用展示图表化的监控数据。

Heapster、InfluxDB和Grafana均以Pod的形式启动和运行，其中Heapster需要与Kubernetes Master进行安全连接。

三、安装配置Heapster、InfluxDB和Grafana

到 heapster release 页面下载heapster。

[root@node1 opt]# wget https://github.com/kubernetes/heapster/archive/v1.3.0.zip

[root@node1 opt]# unzip v1.3.0.zip

[root@node1 opt]# cd heapster-1.3./deploy/kube-config/influxdb

[root@node1 influxdb]# ls *.yaml

grafana-deployment.yaml  heapster-deployment.yaml  influxdb-deployment.yaml

grafana-service.yaml     heapster-service.yaml     influxdb-service.yaml

1. 创建文件heapster-rbac.yaml

[root@node1 influxdb]# vim heapster-rbac.yaml

apiVersion: v1

kind: ServiceAccount

metadata:

  name: heapster

  namespace: kube-system

---

kind: ClusterRoleBinding

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1

metadata:

  name: heapster

subjects:

  - kind: ServiceAccount

    name: heapster

    namespace: kube-system

roleRef:

  kind: ClusterRole

  name: cluster-admin

  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

heapster-rbac.yaml

2. 修改 grafana-deployment.yaml

[root@node1 influxdb]# vim grafana-deployment.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1

kind: Deployment

metadata:

  name: monitoring-grafana

  namespace: kube-system

spec:

  replicas:

  template:

    metadata:

      labels:

        task: monitoring

        k8s-app: grafana

    spec:

      containers:

      - name: grafana

        image: index.tenxcloud.com/jimmy/heapster-grafana-amd64:v4.0.2

        ports:

          - containerPort:

            protocol: TCP

        volumeMounts:

        - mountPath: /var

          name: grafana-storage

        env:

        - name: INFLUXDB_HOST

          value: monitoring-influxdb

        - name: GRAFANA_PORT

          value: ""

          # The following env variables are required to make Grafana accessible via

          # the kubernetes api-server proxy. On production clusters, we recommend

          # removing these env variables, setup auth for grafana, and expose the grafana

          # service using a LoadBalancer or a public IP.

        - name: GF_AUTH_BASIC_ENABLED

          value: "false"

        - name: GF_AUTH_ANONYMOUS_ENABLED

          value: "true"

        - name: GF_AUTH_ANONYMOUS_ORG_ROLE

          value: Admin

        - name: GF_SERVER_ROOT_URL

          # If you're only using the API Server proxy, set this value instead:

          value: /api/v1/proxy/namespaces/kube-system/services/monitoring-grafana/

          #value: /

      volumes:

      - name: grafana-storage

        emptyDir: {}

grafana-deployment.yaml

【说明】：

如果后续使用 kube-apiserver 或者 kubectl proxy 访问 grafana dashboard，则必须将 GF_SERVER_ROOT_URL 设置为/api/v1/proxy/namespaces/kube-system/services/monitoring-grafana/，否则后续访问grafana时访问时提示找不到http://10.64.3.7:8086/api/v1/proxy/namespaces/kube-system/services/monitoring-grafana/api/dashboards/home 页面。

3. 修改heapster-deployment.yaml

[root@node1 influxdb]# vim heapster-deployment.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1

kind: Deployment

metadata:

  name: heapster

  namespace: kube-system

spec:

  replicas:

  template:

    metadata:

      labels:

        task: monitoring

        k8s-app: heapster

    spec:

      serviceAccountName: heapster

      containers:

      - name: heapster

        image: index.tenxcloud.com/jimmy/heapster-amd64:v1.3.0-beta.

        imagePullPolicy: IfNotPresent

        command:

        - /heapster

        - --source=kubernetes:https://kubernetes.default

        - --sink=influxdb:http://monitoring-influxdb:8086

heapster-deployment.yaml

【说明】:Heapster需要设置的启动参数如下：

source：配置采集源，为Master URL地址：--source=kubernetes:https://kubernetes.default
sink：配置后端存储系统，使用InfluxDB系统：--sink=influxdb:http://monitoring-influxdb:8086

其他参数可以通过进入heapster容器执行 # heapster --help 命令查看和设置。

【注意】：URL中的主机名地址使用的是InfluxDB的Service名字，这需要DNS服务正常工作，如果没有配置DNS服务，则也可以使用Service的ClusterIP地址。

另外，InfluxDB服务的名称没有加上命名空间，是因为Heapster服务与InfluxDB服务属于相同的命名空间kube-system。也可以使用上命名空间的全服务名，例如：http://monitoring-influxdb.kube-system:8086

4. 修改 influxdb-deployment.yaml

influxdb 官方建议使用命令行或 HTTP API 接口来查询数据库，从 v1.1.0 版本开始默认关闭 admin UI，将在后续版本中移除 admin UI 插件。

开启镜像中 admin UI的办法如下：先导出镜像中的 influxdb 配置文件，开启 admin 插件后，再将配置文件内容写入 ConfigMap，最后挂载到镜像中，达到覆盖原始配置的目的。

# 导出镜像中的 influxdb 配置文件

[root@node1 influxdb]# docker run --rm --entrypoint 'cat'  -ti lvanneo/heapster-influxdb-amd64:v1.1.1 /etc/config.toml >config.toml.orig

[root@node1 influxdb]# cp config.toml.orig config.toml

# 修改配置：启用 admin 接口

[root@node1 influxdb]# vim config.toml

[admin]

  enabled = true

# 将修改后的配置写入到 ConfigMap 对象中(kubectl 可以通过 --namespace 或者 -n 选项指定namespace。如果不指定, 默认为default)

[root@node1 influxdb]# kubectl create configmap influxdb-config --from-file=config.toml -n kube-system

configmap "influxdb-config" created

修改influxdb-deployment.yaml：

[root@node1 influxdb]# vim influxdb-deployment.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1

kind: Deployment

metadata:

  name: monitoring-influxdb

  namespace: kube-system

spec:

  replicas:

  template:

    metadata:

      labels:

        task: monitoring

        k8s-app: influxdb

    spec:

      containers:

      - name: influxdb

        image: index.tenxcloud.com/jimmy/heapster-influxdb-amd64:v1.1.1

        volumeMounts:

        - mountPath: /data

          name: influxdb-storage

        - mountPath: /etc/

          name: influxdb-config

      volumes:

      - name: influxdb-storage

        emptyDir: {}

      - name: influxdb-config

        configMap:

          name: influxdb-config

influxdb-deployment.yaml

5. 修改 influxdb-service.yaml

[root@node1 influxdb]# vim influxdb-service.yaml

apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

  labels:

    task: monitoring

    # For use as a Cluster add-on (https://github.com/kubernetes/kubernetes/tree/master/cluster/addons)

    # If you are NOT using this as an addon, you should comment out this line.

    kubernetes.io/cluster-service: 'true'

    kubernetes.io/name: monitoring-influxdb

  name: monitoring-influxdb

  namespace: kube-system

spec:

  type: NodePort

  ports:

  - port:

    targetPort:

    name: http

  - port:

    targetPort:

    name: admin

  selector:

    k8s-app: influxdb

influxdb-service.yaml

【说明】：

定义端口类型为 NodePort，将InfluxDB暴露在宿主机Node的端口上，以便后续浏览器访问 influxdb 的 admin UI 界面。

6. 执行所有定义文件进行安装

[root@node1 influxdb]# pwd

/opt/heapster-1.3./deploy/kube-config/influxdb

[root@node1 influxdb]# ls

grafana-deployment.yaml  heapster-deployment.yaml  heapster-service.yaml  influxdb-deployment.yaml

grafana-service.yaml     heapster-rbac.yaml        influxdb-cm.yaml       influxdb-service.yaml

[root@node1 influxdb]# kubectl create -f .

deployment "monitoring-grafana" created

service "monitoring-grafana" created

deployment "heapster" created

serviceaccount "heapster" created

clusterrolebinding "heapster" created

service "heapster" created

deployment "monitoring-influxdb" created

service "monitoring-influxdb" created

7. 检查执行结果

（1）检查 Deployment

# kubectl get deployments -n kube-system | grep -E 'heapster|monitoring'

heapster                                                        12m

monitoring-grafana                                              12m

monitoring-influxdb                                             12m

（2）检查 Pods

# kubectl get pods -n kube-system | grep -E 'heapster|monitoring'

heapster--6hv9s               /       Running             10m

monitoring-grafana--n54fk     /       Running             10m

monitoring-influxdb--029q8    /       Running             10m

（3）检查 kubernets dashboard 界面，看是显示各 Nodes、Pods 的 CPU、内存、负载等利用率曲线图

四、访问 grafana

1. 通过 kube-apiserver 访问

获取 monitoring-grafana 服务 URL：

[root@node1 influxdb]# kubectl cluster-info

Kubernetes master is running at https://172.16.7.151:6443

Heapster is running at https://172.16.7.151:6443/api/v1/proxy/namespaces/kube-system/services/heapster

KubeDNS is running at https://172.16.7.151:6443/api/v1/proxy/namespaces/kube-system/services/kube-dns

kubernetes-dashboard is running at https://172.16.7.151:6443/api/v1/proxy/namespaces/kube-system/services/kubernetes-dashboard

monitoring-grafana is running at https://172.16.7.151:6443/api/v1/proxy/namespaces/kube-system/services/monitoring-grafana

monitoring-influxdb is running at https://172.16.7.151:6443/api/v1/proxy/namespaces/kube-system/services/monitoring-influxdb

To further debug and diagnose cluster problems, use 'kubectl cluster-info dump'.

浏览器访问 URL： http://172.16.7.151:8080/api/v1/proxy/namespaces/kube-system/services/monitoring-grafana

2. 通过 kubectl proxy 访问

创建代理:

# kubectl proxy --address='172.16.7.151' --port= --accept-hosts='^*$'

浏览器访问 URL：http://172.16.7.151:8086/api/v1/proxy/namespaces/kube-system/services/monitoring-grafana

3. Grafana页面查看和操作

浏览器访问 URL： http://172.16.7.151:8080/api/v1/proxy/namespaces/kube-system/services/monitoring-grafana

点击“Home”下拉列表，选择cluster，如下图。图中显示了Cluster集群的整体信息，以折线图的形式展示了集群范围内各Node的CPU使用率、内存使用情况等信息。

点击“Home”下拉列表，选择Pods，如下图。图中展示了Pod的信息，以折线图的形式展示了集群范围内各Pod的CPU使用率、内存使用情况、网络流量、文件系统使用情况等信息。

五、访问 influxdb admin UI

获取 influxdb http 8086 映射的 NodePort：

[root@node1 influxdb]# kubectl get svc -n kube-system|grep influxdb

monitoring-influxdb    10.254.66.133    <nodes>       :/TCP,:/TCP   17m

通过 kube-apiserver 的非安全端口访问 influxdb 的 admin UI 界面：http://172.16.7.151:8080/api/v1/proxy/namespaces/kube-system/services/monitoring-influxdb:8083/

在页面的 “Connection Settings” 的 Host 中输入 node IP， Port 中输入 8086 映射的 nodePort 如上面的 32570，点击 “Save” 即可（我的集群中的地址是172.16.7.151:32570）。

通过右上角齿轮按钮可以修改连接属性。单击右上角的Database下拉列表可以选择数据库，heapster创建的数据库名为k8s。

六、heapster采集的metric

metric名称	说明
cpu/limit	CPU hard limit，单位为毫秒
cpu/usage	全部Core的CPU累计使用时间
cpu/usage_rate	全部Core的CPU累计使用率，单位为毫秒
filesystem/limit	文件系统总空间限制，单位为字节
filesystem/usage	文件系统已用的空间，单位为字节
memory/limit	Memory hard limit，单位为字节
memory/major_page_faults	major page faults数量
memory/major_page_faults_rate	每秒的major page faults数量
memory/node_allocatable	Node可分配的内存容量
memory/node_capacity	Node的内存容量
memory/node_reservation	Node保留的内存share
memory/node_utilization	Node的内存使用值
memory/page_faults	page faults数量
memory/page_faults_rate	每秒的page faults数量
memory/request	Memory request，单位为字节
memory/usage	总内存使用量
memory/working_set	总的Working set usage，Working set是指不会被kernel移除的内存
network/rx	累计接收的网络流量字节数
network/rx_errors	累计接收的网络流量错误数
network/rx_errors_rate	每秒接收的网络流量错误数
network/rx_rate	每秒接收的网络流量字节数
network/tx	累计发送的网络流量字节数
network/tx_errors	累计发送的网络流量错误数
network/tx_errors_rate	每秒发送的网络流量错误数
network/tx_rate	每秒发送的网络流量字节数
uptime	容器启动总时长

每个metric可以看作一张数据库表，表中每条记录由一组label组成，可以看成字段。如下表所示：

Label名称	说明
pod_id	系统生成的Pod唯一名称
pod_name	用户指定的Pod名称
pod_namespace	Pod所属的namespace
container_base_image	容器的镜像名称
container_name	用户指定的容器名称
host_id	用户指定的Node主机名
hostname	容器运行所在主机名
labels	逗号分隔的Label列表
namespace_id	Pod所属的namespace的UID
resource_id	资源ID

可以使用SQL SELECT语句对每个metric进行查询，例如查询CPU的使用时间：

select * from "cpu/usage" limit 10

结果如下图所示：

码农公寓