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在本文中，我們將看到Prometheus監控技術棧的局限性，以及為什么移動到基于Thanos的技術棧可以提高指標留存率并降低總體基礎設施成本。

用于此演示的內容可以在下面鏈接中獲取，并提交到他們各自的許可證。

•   https://github.com/particuleio/teks/tree/main/terragrunt/live/thanos
•   https://github.com/particuleio/terraform-kubernetes-addons/tree/main/modules/aws

Kubernetes普羅米修斯技術棧

在為我們的客戶部署Kubernetes基礎設施時，在每個集群上部署監控技術棧是標準做法。這個堆棧通常由幾個組件組成：

•  Prometheus：收集度量標準
•  告警管理器：根據指標查詢向各種提供者發送警報
•  Grafana：可視化豪華儀表板

簡化架構如下：

注意事項

這種架構有一些注意事項，當你想從其中獲取指標的集群數量增加時，它的伸縮性以及可擴展性不太好。

多個Grafana

在這種設置中，每個集群都有自己的Grafana和自己的一組儀表板，維護起來很麻煩。

存儲指標數據是昂貴的

Prometheus將指標數據存儲在磁盤上，你必須在存儲空間和指標保留時間之間做出選擇。如果你想長時間存儲數據并在云提供商上運行，那么如果存儲TB的數據，塊存儲的成本可能會很高。同樣，在生產環境中，Prometheus經常使用復制或分片或兩者同時運行，這可能會使存儲需求增加兩倍甚至四倍。

解決方案

多個Grafana數據源

可以在外部網絡上公開Prometheus的端點，并將它們作為數據源添加到單個Grafana中。你只需要在Prometheus外部端點上使用TLS或TLS和基本認證來實現安全性。此解決方案的缺點是不能基于不同的數據源進行計算。

Prometheus聯邦

Prometheus聯邦允許從Prometheus中抓取Prometheus，當你不抓取很多指標數據時，這個解決方案可以很好地工作。在規模上，如果你所有的Prometheus目標的抓取持續時間都比抓取間隔長，可能會遇到一些嚴重的問題。

Prometheus遠程寫

雖然遠程寫入是一種解決方案（也由Thanos receiver實現），但我們將不在本文中討論“推送指標”部分。你可以在這里[1]閱讀關于推送指標的利弊。建議在不信任多個集群或租戶的情況下（例如在將Prometheus構建為服務提供時），將指標作為最后的手段。無論如何，這可能是以后文章的主題，但我們將在這里集中討論抓取。

Thanos，它來了

Thanos是一個“開源的，高可用的Prometheus系統，具有長期存儲能力”。很多知名公司都在使用Thanos，也是CNCF孵化項目的一部分。

Thanos的一個主要特點就是允許“無限”存儲空間。通過使用對象存儲（比如S3），幾乎每個云提供商都提供對象存儲。如果在前提環境下運行，對象存儲可以通過rook或minio這樣的解決方案提供。

它是如何工作的？

Thanos和Prometheus并肩作戰，從Prometheus開始升級到Thanos是很常見的。

Thanos被分成幾個組件，每個組件都有一個目標（每個服務都應該這樣:)），組件之間通過gRPC進行通信。

Thanos Sidecar

Thanos和Prometheus一起運行（有一個邊車），每2小時向一個對象存儲庫輸出Prometheus指標。這使得Prometheus幾乎是無狀態的。Prometheus仍然在內存中保存著2個小時的度量值，所以在發生宕機的情況下，你可能仍然會丟失2個小時的度量值（這個問題應該由你的Prometheus設置來處理，使用HA/分片，而不是Thanos）。

Thanos sidecar與Prometheus運營者和Kube Prometheus棧一起，可以輕松部署。這個組件充當Thanos查詢的存儲。

Thanos存儲

Thanos存儲充當一個網關，將查詢轉換為遠程對象存儲。它還可以在本地存儲上緩存一些信息。基本上，這個組件允許你查詢對象存儲以獲取指標。這個組件充當Thanos查詢的存儲。

Thanos Compactor

Thanos Compactor是一個單例（它是不可擴展的），它負責壓縮和降低存儲在對象存儲中的指標。下采樣是隨著時間的推移對指標粒度的寬松。例如，你可能想將你的指標保持2年或3年，但你不需要像昨天的指標那么多數據點。這就是壓縮器的作用，它可以在對象存儲上節省字節，從而節省成本。

Thanos Query

Thanos查詢是Thanos的主要組件，它是向其發送PromQL查詢的中心點。Thanos查詢暴露了一個與Prometheus兼容的端點。然后它將查詢分派給所有的“stores”。記住，Store可能是任何其他提供指標的Thanos組件。Thanos查詢可以發送查詢到另一個Thanos查詢（他們可以堆疊）。

•  Thanos Store
•  Thanos Sidecar
•  Thanos Query

還負責對來自不同Store或Prometheus的相同指標進行重復數據刪除。例如，如果你有一個度量值在Prometheus中，同時也在對象存儲中，Thanos Query可以對該指標值進行重復數據刪除。在Prometheus HA設置的情況下，重復數據刪除也基于Prometheus副本和分片。

Thanos Query Frontend

正如它的名字所暗示的，Thanos查詢前端是Thanos查詢的前端，它的目標是將大型查詢拆分為多個較小的查詢，并緩存查詢結果（在內存或memcached中）。

還有其他組件，比如在遠程寫的情況下接收Thanos，但這仍然不是本文的主題。

多集群架構

有多種方法可以將這些組件部署到多個Kubernetes集群中，根據用例的不同，有些方法比其他方法更好，在這里我們不能給出詳細的介紹。

我們的例子是在AWS上運行，使用tEKS[2]部署了2個集群，我們的all in one解決方案將生產就緒的EKS集群部署在AWS上：

•  一個觀察者集群[3]
•  一個被觀察集群[4]

我們的部署使用了官方的kube-prometheus-stack和bitnami thanos圖表。

一切都是在我們的terraform-kubernetes-addons存儲庫中策劃的。

Thanos demo文件夾中的目錄結構如下：.

├──  env_tags.yaml  
├──  eu-west-1  
│  ├──  clusters  
│  │  └──  observer  
│  │     ├──  eks  
│  │     │  ├──  kubeconfig  
│  │     │  └──  terragrunt.hcl  
│  │     ├──  eks-addons  
│  │     │  └──  terragrunt.hcl  
│  │     └──  vpc  
│  │        └──  terragrunt.hcl  
│  └──  region_values.yaml  
└──  eu-west-3  
   ├──  clusters  
   │  └──  observee  
   │     ├──  cluster_values.yaml  
   │     ├──  eks  
   │     │  ├──  kubeconfig  
   │     │  └──  terragrunt.hcl  
   │     ├──  eks-addons  
   │     │  └──  terragrunt.hcl  
   │     └──  vpc  
   │        └──  terragrunt.hcl  
   └──  region_values.yaml 

這允許DRY（Don 't Repeat Yourself）基礎設施，并可以輕松地擴展AWS帳戶、區域和集群的數量。

觀察者集群

觀察者集群是我們的主集群，我們將從它查詢其他集群：

Prometheus正在運行：

•  Grafana啟用
•  Thanos邊車上傳到特定的桶 

kube-prometheus-stack = {  
  enabled                     = true  
  allowed_cidrs               = dependency.vpc.outputs.private_subnets_cidr_blocks  
  thanos_sidecar_enabled      = true  
  thanos_bucket_force_destroy = true  
  extra_values                = <<-EXTRA_VALUES  
    grafana:  
      deploymentStrategy:  
        type: Recreate  
      ingress:  
        enabled: true  
        annotations:  
          kubernetes.io/ingress.class: nginx  
          cert-manager.io/cluster-issuer: "letsencrypt"  
        hosts:  
          - grafana.${local.default_domain_suffix}  
        tls:  
          - secretName: grafana.${local.default_domain_suffix}  
            hosts: 
               - grafana.${local.default_domain_suffix}  
      persistence:  
        enabled: true  
        storageClassName: ebs-sc  
        accessModes:  
          - ReadWriteOnce  
        size: 1Gi  
    prometheus:  
      prometheusSpec:  
        replicas: 1  
        retention: 2d  
        retentionSize: "10GB"  
        ruleSelectorNilUsesHelmValues: false  
        serviceMonitorSelectorNilUsesHelmValues: false  
        podMonitorSelectorNilUsesHelmValues: false  
        storageSpec:  
          volumeClaimTemplate:  
            spec:  
              storageClassName: ebs-sc  
              accessModes: ["ReadWriteOnce"]  
              resources:  
                requests:  
                  storage: 10Gi  
    EXTRA_VALUES 

為觀察者集群生成一個CA證書：

•  這個CA將被進入sidecar的被觀察集群所信任
•  為Thanos querier組件生成TLS證書，這些組件將查詢被觀察集群

Thanos組件部署：

•  Thanos組件全部部署完成
•  查詢前端，作為Grafana的數據源端點
•  存儲網關用于查詢觀察者桶
•  Query將對存儲網關和其他查詢器執行查詢

部署的額外Thanos組件：

•  配置了TLS的Thanos查詢器對每個被觀察集群進行查詢 

thanos-tls-querier = {  
  "observee" = {  
    enabled                 = true  
    default_global_requests = true  
    default_global_limits   = false  
    stores = [  
      "thanos-sidecar.${local.default_domain_suffix}:443"  
    ]  
  }  
}  
thanos-storegateway = {  
  "observee" = {  
    enabled                 = true  
    default_global_requests = true  
    default_global_limits   = false 
    bucket                  = "thanos-store-pio-thanos-observee"  
    region                  = "eu-west-3"  
  } 

被觀測集群

被觀測集群是Kubernetes集群，具有最小的Prometheus/Thanos安裝，將被觀測集群查詢。

Prometheus operator正在運行：

•  Thanos這邊就是上傳給觀察者特定的桶
•  Thanos邊車與TLS客戶端認證的入口對象一起發布，并信任觀察者集群CA 

kube-prometheus-stack = {  
  enabled                     = true  
  allowed_cidrs               = dependency.vpc.outputs.private_subnets_cidr_blocks  
  thanos_sidecar_enabled      = true  
  thanos_bucket_force_destroy = true  
  extra_values                = <<-EXTRA_VALUES  
    grafana:  
      enabled: false  
    prometheus:  
      thanosIngress:  
        enabled: true  
        ingressClassName: nginx  
        annotations:  
          cert-manager.io/cluster-issuer: "letsencrypt"  
          nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: "true"  
          nginx.ingress.kubernetes.io/backend-protocol: "GRPC"  
          nginx.ingress.kubernetes.io/auth-tls-verify-client: "on"  
          nginx.ingress.kubernetes.io/auth-tls-secret: "monitoring/thanos-ca"  
        hosts:  
        - thanos-sidecar.${local.default_domain_suffix}  
        paths:  
        - /  
        tls:  
        - secretName: thanos-sidecar.${local.default_domain_suffix}  
          hosts:  
          - thanos-sidecar.${local.default_domain_suffix}  
      prometheusSpec:  
        replicas: 1  
        retention: 2d  
        retentionSize: "6GB"  
        ruleSelectorNilUsesHelmValues: false  
        serviceMonitorSelectorNilUsesHelmValues: false  
        podMonitorSelectorNilUsesHelmValues: false  
        storageSpec:  
          volumeClaimTemplate:  
            spec:  
              storageClassName: ebs-sc  
              accessModes: ["ReadWriteOnce"]  
              resources:  
                requests:  
                  storage: 10Gi  
    EXTRA_VALUES 

Thanos組件部署：

•  Thanos壓縮器來管理這個特定集群的下采樣 

thanos = {  
  enabled = true  
  bucket_force_destroy = true  
  trusted_ca_content      = dependency.thanos-ca.outputs.thanos_ca  
  extra_values = <<-EXTRA_VALUES  
    compactor:  
      retentionResolution5m: 90d  
    query:  
      enabled: false  
    queryFrontend:  
      enabled: false  
    storegateway:  
      enabled: false  
    EXTRA_VALUES  
} 

再深入一點

讓我們檢查一下集群上正在運行什么。關于觀察員，我們有： 

kubectl -n monitoring get pods  
NAME                                                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE  
alertmanager-kube-prometheus-stack-alertmanager-0           2/2     Running   0          120m  
kube-prometheus-stack-grafana-c8768466b-rd8wm               2/2     Running   0          120m  
kube-prometheus-stack-kube-state-metrics-5cf575d8f8-x59rd   1/1     Running   0          120m  
kube-prometheus-stack-operator-6856b9bb58-hdrb2             1/1     Running   0          119m  
kube-prometheus-stack-prometheus-node-exporter-8hvmv        1/1     Running   0          117m  
kube-prometheus-stack-prometheus-node-exporter-cwlfd        1/1     Running   0          120m  
kube-prometheus-stack-prometheus-node-exporter-rsss5        1/1     Running   0          120m  
kube-prometheus-stack-prometheus-node-exporter-rzgr9        1/1     Running   0          120m  
prometheus-kube-prometheus-stack-prometheus-0               3/3     Running   1          120m  
thanos-compactor-74784bd59d-vmvps                           1/1     Running   0          119m  
thanos-query-7c74db546c-d7bp8                               1/1     Running   0          12m  
thanos-query-7c74db546c-ndnx2                               1/1     Running   0          12m  
thanos-query-frontend-5cbcb65b57-5sx8z                      1/1     Running   0          119m  
thanos-query-frontend-5cbcb65b57-qjhxg                      1/1     Running   0          119m  
thanos-storegateway-0                                       1/1     Running   0          119m  
thanos-storegateway-1                                       1/1     Running   0          118m  
thanos-storegateway-observee-storegateway-0                 1/1     Running   0          12m  
thanos-storegateway-observee-storegateway-1                 1/1     Running   0          11m  
thanos-tls-querier-observee-query-dfb9f79f9-4str8           1/1     Running   0          29m  
thanos-tls-querier-observee-query-dfb9f79f9-xsq24           1/1     Running   0          29m  
kubectl -n monitoring get ingress  
NAME                            CLASS    HOSTS                                            ADDRESS                                                                     PORTS     AGE 
kube-prometheus-stack-grafana   <none>   grafana.thanos.teks-tg.clusterfrak-dynamics.io   k8s-ingressn-ingressn-afa0a48374-f507283b6cd101c5.elb.eu-west-1.amazonaws.com   80, 443   123m 

 被觀察者： 

kubectl -n monitoring get pods  
NAME                                                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE  
alertmanager-kube-prometheus-stack-alertmanager-0           2/2     Running   0          39m  
kube-prometheus-stack-kube-state-metrics-5cf575d8f8-ct292   1/1     Running   0          39m  
kube-prometheus-stack-operator-6856b9bb58-4cngc             1/1     Running   0          39m  
kube-prometheus-stack-prometheus-node-exporter-bs4wp        1/1     Running   0          39m  
kube-prometheus-stack-prometheus-node-exporter-c57ss        1/1     Running   0          39m  
kube-prometheus-stack-prometheus-node-exporter-cp5ch        1/1     Running   0          39m  
kube-prometheus-stack-prometheus-node-exporter-tnqvq        1/1     Running   0          39m  
kube-prometheus-stack-prometheus-node-exporter-z2p49        1/1     Running   0          39m  
kube-prometheus-stack-prometheus-node-exporter-zzqp7        1/1     Running   0          39m  
prometheus-kube-prometheus-stack-prometheus-0               3/3     Running   1          39m  
thanos-compactor-7576dcbcfc-6pd4v                           1/1     Running   0          38m  
kubectl -n monitoring get ingress  
NAME                                   CLASS   HOSTS                                                   ADDRESS                                                                      PORTS     AGE 
kube-prometheus-stack-thanos-gateway   nginx   thanos-sidecar.thanos.teks-tg.clusterfrak-dynamics.io   k8s-ingressn-ingressn-95903f6102-d2ce9013ac068b9e.elb.eu-west-3.amazonaws.com   80, 443   40m 

 我們的TLS查詢器應該能夠查詢被觀測集群的度量標準。讓我們來看看它們的行為： 

k -n monitoring logs -f thanos-tls-querier-observee-query-687dd88ff5-nzpdh  
level=info ts=2021-02-23T15:37:35.692346206Z caller=storeset.go:387 component=storeset msg="adding new storeAPI to query storeset" address=thanos-sidecar.thanos.teks-tg.clusterfrak-dynamics.io:443 extLset="{cluster=\"pio-thanos-observee\", prometheus=\"monitoring/kube-prometheus-stack-prometheus\", prometheus_replica=\"prometheus-kube-prometheus-stack-prometheus-0\"}" 

 所以這個查詢器pods可以查詢我的其他集群，如果我們檢查Web，我們可以看到存儲： 

kubectl -n monitoring port-forward thanos-tls-querier-observee-query-687dd88ff5-nzpdh 10902 

太棒了，但是我只有一個存儲，還記得我們說過查詢器可以堆疊在一起嗎？在我們的觀察者集群中，我們有標準的http查詢器，它可以查詢架構圖中的其他組件。 

kubectl -n monitoring port-forward thanos-query-7c74db546c-d7bp8 10902 

這里我們可以看到所有的存儲已經被添加到我們的中心查詢器：

•  觀察者把本地Thanos聚集
•  我們的存儲網關（一個用于遠程觀測者集群，一個用于本地觀測者集群）
•  本地TLS查詢器，它可以查詢被觀察的sidecar

在Grafana可視化

最后，我們可以前往Grafana，看看默認的Kubernetes儀表板是如何與多集群兼容的。

總結

Thanos是一個非常復雜的系統，有很多移動部件，我們沒有深入研究具體的自定義配置，因為它會花費太多的時間。

我們在tEKS存儲庫中提供了一個相當完整的AWS實現，它抽象了很多復雜性（主要是mTLS部分），并允許進行很多定制。你也可以使用terraform-kubernetes-addons模塊作為獨立的組件。我們計劃在未來支持其他云提供商。不要猶豫，通過Github上的任何一個項目的問題聯系我們。

根據你的基礎設施和需求，有許多可能適合你的Thanos實現。

如果你想深入研究Thanos，可以查看他們的官方kube-thanos存儲庫，以及他們關于跨集群通信的建議[5]。

當然，我們很樂意幫助你設置你的云原生監控堆棧，歡迎聯系我們contact@particule.io:)

你也可以每天通過CNCF/Kubernetes Slack頻道聯系我們。