如何使用Prometheus監控MongoDB集群

2023-10-09 07:31:25

在實際企業環境中，MongoDB需要多節點部署組成一個集群，可用于確保高可用性、容量擴展、負載均衡和數據備份。此時需要對整個MongoDB集群進行監控，持續關注集群的健康狀況。

什么是MongoDB

MongoDB是一種非關系型數據庫管理系統（NoSQL），它被設計用于存儲和檢索大量數據，特別適用于處理大數據和實時應用程序。MongoDB的名稱源自"humongous"（巨大的）這個詞，它強調了MongoDB的優勢，即能夠輕松處理大規模的數據。以下是MongoDB的一些關鍵特點和概念：

非關系型數據存儲：與傳統的關系型數據庫不同，MongoDB不使用表格結構，而是采用文檔存儲模型。數據以文檔的形式存儲，通常使用JSON或類似的格式，這使得MongoDB更加靈活，可以存儲各種不同結構的數據。
高度可擴展：MongoDB是一個分布式數據庫系統，可以在多臺服務器上運行。它支持水平擴展，可以通過添加更多的服務器來增加存儲容量和處理能力，以應對大規模數據和高負載的需求。
強大的查詢語言：MongoDB提供了豐富的查詢和索引功能，使您可以輕松地檢索數據、篩選數據和執行聚合操作。
高性能：MongoDB的設計目標之一是提供高性能的讀寫操作。它使用內存映射文件來加速數據訪問，同時支持垂直分割和水平分割以提高性能。
復制和故障容忍性：MongoDB支持數據復制，可以在多個服務器之間復制數據，以提供冗余和故障容忍性。如果一個服務器出現故障，系統可以自動切換到備用服務器。
開源和活躍的社區：MongoDB是開源的，擁有龐大的社區支持和活躍的開發團隊。這意味著它不僅免費，還有許多可用的工具和擴展，以滿足各種不同的需求。

MongoDB廣泛用于各種應用程序，包括Web應用程序、大數據分析、物聯網（IoT）應用程序、日志管理和許多其他領域，因為它的靈活性和可擴展性使其適用于各種不同類型的數據存儲需求。

實現背景

在實際企業環境中，MongoDB需要多節點部署組成一個集群，可用于確保高可用性、容量擴展、負載均衡和數據備份。此時需要對整個MongoDB集群進行監控，持續關注集群的健康狀況。因此我們使用MongoDB Exporter將指標轉換為Prometheus的數據類型。最后通過Prometheus進行收集Mongodb集群的監控指標，并采用Grafana可視化。

創建StorageClasses

基于NFS創建StorageClasses,作為Mongodb集群持久化存儲。

# 創建StorageClasses
$ kubectl apply -f sc.yml
storageclass.storage.k8s.io/kubesre-nfs created

# 查看StorageClasses
$ kubectl get storageclasses.storage.k8s.io
NAME                 PROVISIONER                RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE      ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE
kubesre-nfs          example.com/external-nfs   Delete          Immediate              false                  63s
standard (default)   rancher.io/local-path      Delete          WaitForFirstConsumer   false                  13d

MaongoDB集群部署

通過Helm方式進行部署MongoDB集群

# 添加Helm倉庫
$ helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami
"bitnami" has been added to your repositories

# 搜索 MangoDB
$ helm repo update
Hang tight while we grab the latest from your chart repositories...
...Successfully got an update from the "higress.io" chart repository
...Successfully got an update from the "bitnami" chart repository
...Successfully got an update from the "ingress-nginx" chart repository
Update Complete. ?Happy Helming!?

$ helm search repo mongodb
NAME                    CHART VERSION APP VERSION DESCRIPTION
bitnami/mongodb         13.18.4       6.0.10      MongoDB(R) is a relational open source NoSQL da...
bitnami/mongodb-sharded 6.6.6         6.0.10      MongoDB(R) is an open source NoSQL database tha...

# 將MongoDB Chat下載到本地
$ mkdir mongodb && cd mongodb
$ helm pull bitnami/mongodb
$ tar zxf mongodb-13.18.4.tgz
$ cp mongodb/values.yaml ./values-test.yaml

# 修改values-test.yaml
$ cat values-test.yaml 

## 配置文件中定義 storageClass: ""，會使用集群配置的 openebs 提供的 storageClass，
## 使用此文檔部署，需要自行解決 storageClass 問題 (ceph, nfs, 公有云提供的 nfs)

global:
  # 定義 storageClass 使用的類型
  storageClass: "nfs-client"

# 定義 mongodb 集群為副本集模式
architecture: replicaset

# 啟動集群認證功能，設置超級管理員賬戶密碼
auth:
  enabled: true
  rootUser: root
  rootPassword: "root"

# 設置集群數量，3個
replicaCount: 3

# 啟用持久化存儲，使用 global.storageClass 自動創建 pvc 
persistence:
  enabled: true
  size: 20Gi


# 安裝MongoDB集群
helm install mongodb-cluster mongodb -f ./values-test.yaml
NAME: mongodb-cluster
LAST DEPLOYED: Tue Sep 19 15:54:36 2023
NAMESPACE: default
STATUS: deployed
REVISION: 1
TEST SUITE: None
NOTES:
CHART NAME: mongodb
CHART VERSION: 13.18.4
APP VERSION: 6.0.10

** Please be patient while the chart is being deployed **

MongoDB? can be accessed on the following DNS name(s) and ports from within your cluster:

    mongodb-cluster-0.mongodb-cluster-headless.default.svc.cluster.local:27017
    mongodb-cluster-1.mongodb-cluster-headless.default.svc.cluster.local:27017
    mongodb-cluster-2.mongodb-cluster-headless.default.svc.cluster.local:27017

To get the root password run:

    export MONGODB_ROOT_PASSWORD=$(kubectl get secret --namespace default mongodb-cluster -o jsonpath="{.data.mongodb-root-password}" | base64 -d)

To connect to your database, create a MongoDB? client container:

    kubectl run --namespace default mongodb-cluster-client --rm --tty -i --restart='Never' --env="MONGODB_ROOT_PASSWORD=$MONGODB_ROOT_PASSWORD" --image docker.io/bitnami/mongodb:6.0.10-debian-11-r0 --command -- bash

Then, run the following command:
    mongosh admin --host "mongodb-cluster-0.mongodb-cluster-headless.default.svc.cluster.local:27017,mongodb-cluster-1.mongodb-cluster-headless.default.svc.cluster.local:27017,mongodb-cluster-2.mongodb-cluster-headless.default.svc.cluster.local:27017" --authenticationDatabase admin -u $MONGODB_ROOT_USER -p $MONGODB_ROOT_PASSWORD

# 查看運行狀態
$ kubectl  get pods  | grep mongo
mongodb-cluster-0           1/1     Running   0               17m
mongodb-cluster-1           1/1     Running   0               6m42s
mongodb-cluster-2           1/1     Running   0               4m29s
mongodb-cluster-arbiter-0   1/1     Running   4 (7m51s ago)   20m

MongoDB Exporter 部署

接下來部署Mongodb Exporter：

# 部署Mongodb Exporter
$ cat exporter.yml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: mongo-expoter
spec:
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mongo-expoter
    spec:
      containers:
        - args:
            - '--web.listen-address=:9104'
            - '--mongodb.uri'
            - >-
              mongodb://mongodb-cluster-0.mongodb-cluster-headless.default.svc.cluster.local:27017,mongodb-cluster-1.mongodb-cluster-headless.default.svc.cluster.local:27017,mongodb-cluster-2.mongodb-cluster-headless.default.svc.cluster.local:27017/admin?authSource=admin
          image: 'percona/mongodb_exporter:0.39.0'
          imagePullPolicy: Always
          name: mongo-expoter
          resources:
            requests:
              cpu: 250m
              memory: 512Mi

$ kubectl apply -f exporter.yml

# 部署Mongodb Exporter Service
$ cat service.yml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mongo-exporter
spec:
  internalTrafficPolicy: Cluster
  ipFamilies:
    - IPv4
  ipFamilyPolicy: SingleStack
  ports:
    - port: 9104
      protocol: TCP
      targetPort: 9104
  selector:
    app: mongo-exporter
  type: ClusterIP

$ kubectl apply -f service.yml

到此Exporter部署完畢！

Prometheus安裝

接下來需要創建一個Configmap 存儲Prometheus 的配置映射：

$ cat prometheus-cm.yml
apiVersion: v1
data:
  prometheus.yml: |-
    global:
      scrape_interval: 15s 
      evaluation_interval: 15s 
    scrape_configs:
      - job_name: "exporter"
        static_configs:
          - targets: ["mongo-exporter:9104"]
kind: ConfigMap
  name: prometheus

$ kubectl apply -f prometheus-cm.yml

# 部署Prometheus
$ cat prometheus.yml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: prometheus
spec:
  template:
    metadata:
      labels:
        app: prometheus
      name: prometheus-pod
    spec:
      containers:
        - image: prom/prometheus
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          name: prometheus
          ports:
            - containerPort: 9090
              name: metrics
              protocol: TCP
          resources: {}
          terminationMessagePath: /dev/termination-log
          terminationMessagePolicy: File
          volumeMounts:
            - mountPath: /etc/prometheus
              name: prometheus-config
      dnsPolicy: ClusterFirst
      restartPolicy: Always
      schedulerName: default-scheduler
      securityContext: {}
      terminationGracePeriodSeconds: 15
      volumes:
        - configMap:
            defaultMode: 420
            items:
              - key: prometheus.yml
                path: prometheus.yml
            name: prometheus
          name: prometheus-config


# 創建Prometheus Service
$ cat prometheus-service.yml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  creationTimestamp: '2023-09-19T14:12:15Z'
  managedFields:
    - apiVersion: v1
      fieldsType: FieldsV1
      fieldsV1:
        'f:spec':
          'f:internalTrafficPolicy': {}
          'f:ipFamilyPolicy': {}
          'f:ports':
            .: {}
            'k:{"port":9090,"protocol":"TCP"}':
              .: {}
              'f:port': {}
              'f:protocol': {}
              'f:targetPort': {}
          'f:selector': {}
          'f:sessionAffinity': {}
          'f:type': {}
      manager: ACK-Console Apache-HttpClient
      operation: Update
      time: '2023-09-19T14:12:15Z'
  name: prometheues
  namespace: default
  resourceVersion: '531698594'
  uid: 0187137d-6805-4179-9981-dfa5481b8d5e
spec:
  clusterIP: 172.25.7.25
  clusterIPs:
    - 172.25.7.25
  internalTrafficPolicy: Cluster
  ipFamilies:
    - IPv4
  ipFamilyPolicy: SingleStack
  ports:
    - port: 9090
      protocol: TCP
      targetPort: 9090
  selector:
    app: prometheus
  sessionAffinity: None
  type: ClusterIP
status:
  loadBalancer: {}

$ kubectl apply -f prometheus-service.yml

此時可以訪問Prometheus控制臺了：

圖片

Grafana 部署

開始部署Grafana嘍：

# 部署Grafana
$ cat grafana.yml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: grafana
spec:
  template:
    metadata:
      labels:
        tool: grafana
      name: grafana-pod
    spec:
      containers:
        - image: grafana/grafana
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          name: grafana
          ports:
            - containerPort: 3000
              protocol: TCP

$ kubectl apply -f grafana.yml

# 創建Service
$ cat grafana-service.yml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: grafana
spec:
  internalTrafficPolicy: Cluster
  ipFamilies:
    - IPv4
  ipFamilyPolicy: SingleStack
  ports:
    - port: 3000
      protocol: TCP
      targetPort: 3000
  selector:
    tool: grafana
  sessionAffinity: None
  type: ClusterIP

$ kubectl apply -f grafana-service.yml