容器監(jiān)控系統(tǒng)如何做，看看這篇就夠了
隨著線上服務的全面docker化，對docker容器的監(jiān)控就很重要了。SA的監(jiān)控系統(tǒng)是物理機的監(jiān)控，在一個物理機跑多個容器的情況下，我們是沒法從一個監(jiān)控圖表里面區(qū)分各個容器的資源占用情況的。
為了更好的監(jiān)控容器運行情況，更重要的是為了后續(xù)的容器動態(tài)調(diào)度算法需要的大量運行時數(shù)據(jù)的搜集，經(jīng)過調(diào)研后，基于CAdvisor + InfluxDB + Grafana搭建了這套容器監(jiān)控系統(tǒng)。
1、容器監(jiān)控方案選擇
在調(diào)研容器監(jiān)控系統(tǒng)的時候，其實是有很多選擇的，比如docker自帶的docker stats命令，Scout，Data Dog，Sysdig Cloud，Sensu Monitoring Framework，CAdvisor等。
通過docker stats命令可以很方便的看到當前宿主機上所有容器的CPU，內(nèi)存以及網(wǎng)絡流量等數(shù)據(jù)。但是docker stats命令的缺點就是統(tǒng)計的只是當前宿主機的所有容器，而獲取的監(jiān)控數(shù)據(jù)是實時的，沒有地方存儲，也沒有報警功能。
而Scout(鏈接：https://scoutapp.com/）、Sysdig Cloud，Data Dog雖然都提供了較完善的服務，但是它們都是托管的服務而且都收費，于是也不在考慮范圍之內(nèi)。Sensu Monitoring Framework（鏈接：https://sensu.io/）集成度較高，也免費，但是部署過于復雜。最后，我們選擇了CAdvisor做容器監(jiān)控工具。
CAdvisor谷歌出品，優(yōu)點是開源產(chǎn)品，監(jiān)控指標齊全，部署方便，而且有官方的docker鏡像。缺點是集成度不高，默認只在本地保存2分鐘數(shù)據(jù)。不過在調(diào)研之后發(fā)現(xiàn)可以加上InfluxDB存儲數(shù)據(jù)，對接Grafana展示圖表，比較便利地搭建好了容器監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)收集和圖表展示效果良好，對系統(tǒng)性能也幾乎沒有什么影響。
2、容器資源監(jiān)控-CAdvisor
2.1 部署與運行
CAdvisor是一個容器資源監(jiān)控工具，包括容器的內(nèi)存，CPU，網(wǎng)絡IO，磁盤IO等監(jiān)控，同時提供了一個WEB頁面用于查看容器的實時運行狀態(tài)。CAdvisor默認存儲2分鐘的數(shù)據(jù)，而且只是針對單物理機。不過，CAdvisor提供了很多數(shù)據(jù)集成接口，支持InfluxDB，Redis，Kafka，Elasticsearch等集成，可以加上對應配置將監(jiān)控數(shù)據(jù)發(fā)往這些數(shù)據(jù)庫存儲起來。
由于CAdvisor已經(jīng)容器化，部署和運行很簡單，執(zhí)行如下命令即可:
運行之后，就可以在瀏覽器打開http://ip:8080查看宿主機的容器監(jiān)控數(shù)據(jù)了。
2.2 集成InfluxDB
如前面說到，CAdvisor默認只在本機保存最近2分鐘的數(shù)據(jù)，為了持久化存儲數(shù)據(jù)和統(tǒng)一收集展示監(jiān)控數(shù)據(jù)，需要將數(shù)據(jù)存儲到InfluxDB中。InfluxDB是一個時序數(shù)據(jù)庫，專門用于存儲時序相關(guān)數(shù)據(jù)，很適合存儲CAdvisor的數(shù)據(jù)。而且，CAdvisor本身已經(jīng)提供了InfluxDB的集成方法，在啟動容器時指定配置即可。
我們使用了管理容器來管理CAdvisor，修改后的啟動配置如下。主要指定了存儲引擎為InfluxDB，以及指定InfluxDB的HTTP API的地址(這里用到了自建DNS的域名 influxdb.service.consul以避免暴露外部端口)，還有對應的數(shù)據(jù)庫和用戶名密碼。
- {
- "binds": [
- "/:/rootfs:ro",
- "/var/run:/var/run:rw",
- "/sys:/sys:ro",
- "/home/docker/var/lib/docker/:/var/lib/docker:ro"
- ],
- "image": "forum-cadvisor",
- "labels": {
- "type": "cadvisor"
- },
- "command": " -docker_only=true -storage_driver=influxdb -storage_driver_db=cadvisor -storage_driver_host=influxdb.service.consul:8086 -storage_driver_user=testuser -storage_driver_password=testpwd",
- "tag": "latest",
- "hostname": "cadvisor-{{lan_ip}}"
- }
注意到我們使用了一個自己的forum-cadvisor鏡像來代替官方的cadvisor鏡像，這是為了修復cadvisor一些問題以及基于管理方便性的考慮。
2.3 CAdvisor存在的問題
1）運行報錯問題
運行最新的CAdvisor容器的時候，發(fā)現(xiàn)容器有如下的錯誤日志：
這個問題是因為沒有安裝 findutils 工具導致的。
2）統(tǒng)計不到容器內(nèi)存數(shù)據(jù)
Debian默認沒有開啟 CGroup Memory的支持，CAdvisor默認情況下無法統(tǒng)計到容器內(nèi)存數(shù)據(jù)，需要修改GRUB啟動參數(shù)，修改文件/etc/default/grub，加入下面這行：
- GRUB_CMDLINE_LINUX=" cgroup_enable=memory"
然后更新grub2重啟即可。
3）網(wǎng)絡流量監(jiān)控數(shù)據(jù)錯誤問題
在CAdvisor上線一段時間后，順安發(fā)現(xiàn)容器的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)跟實際情況不符，并查找資料后發(fā)現(xiàn)問題是因為CAdvisor默認只統(tǒng)計第一個網(wǎng)卡的流量，而在我們的容器中是有多個overlay網(wǎng)絡的，需要統(tǒng)計容器中所有的網(wǎng)卡流量。于是我修改了CAdvisor統(tǒng)計網(wǎng)絡流量部分的代碼并重新編譯了一個版本在線上使用，修改的代碼在這里。
最后，我們自定義的鏡像文件 forum-cadvisor.Dockerfile 是這樣的(src/cadvisor是修改后重新編譯的cadvisor可執(zhí)行文件)：
2.4 CAdvisor原理簡介
CAdvisor運行時掛載了宿主機根目錄，docker根目錄等多個目錄，由此可以從中讀取容器的運行時信息。docker基礎技術(shù)有Linux namespace，Control Group(CGroup)，AUFS等，其中CGroup用于系統(tǒng)資源限制和優(yōu)先級控制的。
宿主機的/sys/fs/cgroup/目錄下面存儲的就是CGroup的內(nèi)容了，CGroup包括多個子系統(tǒng)，如對塊設備的blkio，cpu，內(nèi)存，網(wǎng)絡IO等限制。Docker在CGroup里面的各個子系統(tǒng)中創(chuàng)建了docker目錄，而CAdvisor運行時掛載了宿主機根目錄和 /sys目錄，從而CAdvisor可以讀取到容器的資源使用記錄。
比如下面可以看到容器b1f257當前時刻的CPU的使用統(tǒng)計。CGroup詳細介紹可以參見DOCKER基礎技術(shù)：LINUX CGROUP（鏈接https://coolshell.cn/articles/17049.html）
- # cat /sys/fs/cgroup/cpu/docker/b1f25723c5c3a17df5026cb60e1d1e1600feb293911362328bd17f671802dd31/cpuacct.stat
- user 95191
- system 5028
而容器網(wǎng)絡流量CAdvisor是從/proc/PID/net/dev中讀取的，如上面的容器b1f257進程在宿主機的PID為6748，可以看到容器所有網(wǎng)卡的接收和發(fā)送流量以及錯誤數(shù)等。CAdvisor定期讀取對應目錄下面的數(shù)據(jù)并定期發(fā)送到指定的存儲引擎存儲，而本地會默認存儲最近2分鐘的數(shù)據(jù)并提供UI界面查看。
- # cat /proc/6748/net/dev
- Inter-| Receive | Transmit
- face |bytes packets errs drop fifo frame compressed multicast|bytes packets errs drop fifo colls carrier compressed
- eth0: 6266314 512 0 0 0 0 0 0 22787 292 0 0 0 0 0 0
- eth1: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
- lo: 5926805 5601 0 0 0 0 0 0 5926805 5601 0 0 0 0 0 0
3、容器監(jiān)控數(shù)據(jù)存儲-InfluxDB
InfluxDB（鏈接：https://docs.influxdata.com/influxdb/v1.3/）是一個開源的分布式時序數(shù)據(jù)庫，使用GO語言開發(fā)。特別適合用于時序類型數(shù)據(jù)存儲，CAdvisor搜集的容器監(jiān)控數(shù)據(jù)用InfluxDB存儲就很合適，而且CAdvisor本身就提供了InfluxDB的支持，集成起來非常方便。
由于線上服務都docker化了，所以InfluxDB我們也是選擇用容器來跑，通過容器管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理。容器運行時的核心配置如下，主要掛載了數(shù)據(jù)庫目錄，以及配置了consul的服務注冊，這樣，CAdvisor由于和InfluxDB處于同一個overlay子網(wǎng)中，不需要再開放端口給外部訪問，CAdvisor直接通過influxdb.service.consul:8086即可連接到InfluxDB。
為了存儲CAdvisor的數(shù)據(jù)，需要預先創(chuàng)建好數(shù)據(jù)庫并配置用戶名密碼以及相關(guān)權(quán)限。InfluxDB提供了一套influx的CLI，跟mysql client很相似。另外，InfluxDB的數(shù)據(jù)庫操作語言InfluxQL跟SQL語法也基本一致。進入InfluxDB容器，運行下面命令創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫和用戶密碼并授權(quán)。
- # influx
- Connected to http://localhost:8086 version 1.3.5
- InfluxDB shell version: 1.3.5
- > create database cadvisor ## 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫cadvisor
- > show databases
- name: databases
- name
- ----
- _internal
- cadvisor
- > CREATE USER testuser WITH PASSWORD 'testpwd' ## 創(chuàng)建用戶和設置密碼
- > GRANT ALL PRIVILEGES ON cadvisor TO testuser ## 授權(quán)數(shù)據(jù)庫給指定用戶
- > CREATE RETENTION POLICY "cadvisor_retention" ON "cadvisor" DURATION 30d REPLICATION 1 DEFAULT ## 創(chuàng)建默認的數(shù)據(jù)保留策略，設置保存時間30天，副本為1
配置成功后，可以看到CAdvisor會通過InfluxDB的HTTP API自動創(chuàng)建好數(shù)據(jù)表，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到InfluxDB存儲起來。
3.2 InfluxDB重要概念
influxdb有一些重要概念：database，timestamp，field key， field value， field set，tag key，tag value，tag set，measurement， retention policy ，series，point，下面簡要說明一下：
- database：數(shù)據(jù)庫，如之前創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫 cadvisor。InfluxDB不是CRUD數(shù)據(jù)庫，更像是一個CR-ud數(shù)據(jù)庫，它優(yōu)先考慮的是增加和讀取數(shù)據(jù)而不是更新刪除數(shù)據(jù)的性能。
- timestamp：時間戳，因為InfluxDB是時序數(shù)據(jù)庫，它的數(shù)據(jù)里面都有一列名為time的列，存儲記錄生成時間。如 rx_bytes 中的 time 列，存儲的就是時間戳。
- fields: 包括field key，field value和field set幾個概念。field key是字段名，在rx_bytes表中，字段名為 value。field value是字段值，如 17858781633，1359398等。而field set是字段集合，由field key和field value構(gòu)成，如rx_bytes中的字段集合如下：
- value = 17858781633
- value
- tag key和tag value構(gòu)成。InfluxDB中標簽是可選的，不過標簽是有索引的。如果查詢中經(jīng)常用的字段，建議設置為標簽而不是字段。標簽相當于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中有索引的列。
- retention policy: 數(shù)據(jù)保留策略，cadvisor的保留策略為cadvisor_retention，存儲30天，副本為1。一個數(shù)據(jù)庫可以有多個保留策略。
- measurement：類似傳統(tǒng)數(shù)據(jù)看的表，是字段，標簽以及time列的集合。
- series：共享同一個retention policy，measurement以及tag set的數(shù)據(jù)集合。
3.3 InfluxDB的特色功能
InfluxDB作為時序數(shù)據(jù)庫，相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫它有很多特色功能，比如獨有的一些特色函數(shù)和連續(xù)查詢功能。關(guān)于InfluxDB的更多詳細內(nèi)容可以參見官方文檔。
- 特色函數(shù)：有一些聚合類函數(shù)如FILL()用于填充數(shù)據(jù), INTEGRAL()計算字段所覆蓋的曲面面積，SPREAD()計算表中最大與最小值的差值， STDDEV()計算字段標準差，MEAN()計算平均值, MEDIAN()計算中位數(shù)，SAMPLE()函數(shù)用于隨機取樣以及DERIVATIVE()計算數(shù)據(jù)變化比等。
- 連續(xù)查詢：InfluxDB獨有的連續(xù)查詢功能可以定期的縮小取樣，就原數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)縮小取樣后存儲到指定的新的數(shù)據(jù)庫或者新的數(shù)據(jù)表中，在歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計整理時特別有用。
4、容器監(jiān)控數(shù)據(jù)可視化-Grafana
通過CAdvisor搜集容器的監(jiān)控數(shù)據(jù)，存儲到InfluxDB中，接下來就剩數(shù)據(jù)可視化的問題了。畢竟，一個可視化的圖表可以很方便快速的看到容器的一些問題。圖表展示我選擇的是Grafana。
Grafana是一個開源的數(shù)據(jù)監(jiān)控分析可視化平臺，支持多種數(shù)據(jù)源配置(支持的數(shù)據(jù)源包括InfluxDB，MySQL，Elasticsearch，OpenTSDB，Graphite等)和豐富的插件及模板功能，支持圖表權(quán)限控制和報警。
Grafana同樣也是以容器方式運行，容器啟動配置如下，主要是掛載了grafana的數(shù)據(jù)和日志目錄，設置了管理員的密碼，并開放了8888端口作為grafana的訪問端口：
啟動之后就可以在http://IP:8888/頁面去配置數(shù)據(jù)源了，一個示例如下:
配置完數(shù)據(jù)源，就可以添加Panel來實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化了。Grafana的圖表功能十分強大，在配置數(shù)據(jù)查詢語句的時候也是十分智能，會對數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)字段自動提示，而且對InfluxDB的所有函數(shù)都有分類可以直接選取配置。需要注意的一點就是在配置字節(jié)類數(shù)據(jù)(比如網(wǎng)卡接收流量 rx_bytes 和 內(nèi)存使用量 memory_usage)的時候單位要選 data(IEC)這個類別。
5、總結(jié)
使用CAdvisor+InfluxDB+Grafana構(gòu)建容器資源監(jiān)控系統(tǒng)，是可行而且是較為簡便的方式。這三個組件全部以容器的方式運行，也符合我們線上服務皆為容器的理念。目前已經(jīng)全面上線該監(jiān)控系統(tǒng)，運行正常，數(shù)據(jù)可視化效果良好。除了用于可視化監(jiān)控之外，這些數(shù)據(jù)后續(xù)還會用于系統(tǒng)異常檢測算法和容器智能調(diào)度算法中。
