使用Prometheus监控Flink

这篇文章介绍了如何利用Apache Flink的内置指标系统以及如何使用Prometheus来高效地监控流式应用程序。

为什么选择Prometheus？

随着深入地了解Prometheus，你会发现一些非常好的功能：

服务发现使配置更加容易。Prometheus支持consul，etcd，kubernetes以及各家公有云厂商自动发现。对于监控目标动态发现，这点特别契合Cloud时代，应用动态扩缩的特点。我们无法想象，在Cloud时代，需要运维不断更改配置。
开源社区建立了数百个exporter。基本上涵盖了所有基础设施和主流中间件。
工具库可从您的应用程序获取自定义指标。基本上主流开发语言都有对应的工具库。
它是CNCF旗下的OSS，是继Kubernetes之后的第二个毕业项目。Kubernetes已经与Promethues深度结合，并在其所有服务中公开了Prometheus指标。
Pushgateway，Alermanager等组件，基本上涵盖了一个完整的监控生命周期。

Flink官方已经提供了对接Prometheus的jar包，很方便就可以集成。由于本系列文章重点在Flink on Kubernetes，因此我们所有的操作都是基于这点展开。

部署Prometheus

对k8s不熟悉的同学，可以查阅k8s相关文档。由于部署不是本博客的重点，所以我们直接贴出yaml文件：

---
    apiVersion: v1
    kind: ServiceAccount
    metadata:
      name: monitor
      namespace: kube-system
      labels:
        kubernetes.io/cluster-service: "true"
        addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile
---
    apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
    kind: ClusterRole
    metadata:
      name: monitor
      labels:
        kubernetes.io/cluster-service: "true"
        addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile 
    rules:
      - apiGroups:
          - ""
        resources:
          - pods
        verbs:
          - get
          - list
          - watch
---
    apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
    kind: ClusterRoleBinding
    metadata:
      name: monitor
      labels:
        kubernetes.io/cluster-service: "true"
        addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile
    roleRef:
      apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
      kind: ClusterRole
      name: monitor
    subjects:
    - kind: ServiceAccount
      name: monitor
      namespace: kube-system
---
        apiVersion: v1
        kind: ConfigMap
        metadata:
          labels:
            app: monitor
          name: monitor
          namespace: kube-system
        data:
          prometheus.yml: |-
            global:
                scrape_interval:     10s
                evaluation_interval: 10s
              
            scrape_configs:
              - job_name: kubernetes-pods
                kubernetes_sd_configs:
                - role: pod
                relabel_configs:
                - action: keep
                  regex: true
                  source_labels:
                  - __meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_scrape
                - action: replace
                  regex: (.+)
                  source_labels:
                  - __meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_path
                  target_label: __metrics_path__
                - action: replace
                  regex: ([^:]+)(?::\d+)?;(\d+)
                  replacement: $1:$2
                  source_labels:
                  - __address__
                  - __meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_port
                  target_label: __address__
                - action: labelmap
                  regex: __meta_kubernetes_pod_label_(.+)
                - action: replace
                  source_labels:
                  - __meta_kubernetes_namespace
                  target_label: kubernetes_namespace
                - action: replace
                  source_labels:
                  - __meta_kubernetes_pod_name
                  target_label: kubernetes_pod_name
        
---
        apiVersion: apps/v1
        kind: StatefulSet
        metadata:
          labels:
            app: monitor
          name: monitor
          namespace: kube-system
        spec:
          serviceName: monitor
          selector:
            matchLabels:
              app: monitor
          replicas: 1
          template:
            metadata:
              labels:
                app: monitor
            spec:
              containers:
              - args:
                - --config.file=/etc/prometheus/prometheus.yml
                - --storage.tsdb.path=/data/prometheus
                - --storage.tsdb.retention.time=10d 
                image: prom/prometheus:v2.19.0
                imagePullPolicy: IfNotPresent
                name: prometheus
                ports:
                - containerPort: 9090
                  protocol: TCP
                readinessProbe:
                  httpGet:
                    path: /-/ready
                    port: 9090
                  initialDelaySeconds: 30
                  timeoutSeconds: 30
                livenessProbe:
                  httpGet:
                    path: /-/healthy
                    port: 9090
                  initialDelaySeconds: 30
                  timeoutSeconds: 30
                resources:
                  limits:
                    cpu: 1000m
                    memory: 2018Mi
                  requests:
                    cpu: 1000m
                    memory: 2018Mi
                volumeMounts:
                - mountPath: /etc/prometheus
                  name: config-volume
                - mountPath: /data
                  name: monitor-persistent-storage
              restartPolicy: Always
              priorityClassName: system-cluster-critical
              serviceAccountName: monitor
              initContainers:
                - name: "init-chown-data"
                  image: "busybox:latest"
                  imagePullPolicy: "IfNotPresent"
                  command: ["chown", "-R", "65534:65534", "/data"]
                  volumeMounts:
                    - name: monitor-persistent-storage
                      mountPath: /data
                      subPath: ""
              volumes:
              - configMap:
                  defaultMode: 420
                  name: monitor
                name: config-volume
          volumeClaimTemplates:
            - metadata:
                name: monitor-persistent-storage
                namespace: kube-system
              spec:
                accessModes:
                  - ReadWriteOnce
                resources:
                  requests:
                    storage: 20Gi
                storageClassName: gp2

---
        apiVersion: v1
        kind: Service
        metadata:
          annotations:
            service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-type: nlb
          labels:
            app: monitor
          name: monitor
          namespace: kube-system
        spec:
          ports:
          - name: http
            port: 9090
            protocol: TCP
            targetPort: 9090
          selector:
            app: monitor
          type: LoadBalancer

这里我们简单说下，由于我们想利用Prometheus的Kubernetes的服务发现的方式，所以需要RBAC授权，授权prometheus 实例对集群中的pod有一些读取权限。

为什么我们要使用自动发现的方式那？

相比配置文件的方式，自动发现更加灵活。尤其是当你使用的是flink on native kubernetes，整个job manager 和task manager 是根据作业的提交自动创建的，这种动态性，显然是配置文件无法满足的。

由于我们的集群在eks上，所以大家在使用其他云的时候，需要略做调整。

定制镜像

这里我们基本上使用上一篇文章介绍的demo上，增加监控相关，所以Dockerfile如下：

FROM flink
COPY /plugins/metrics-prometheus/flink-metrics-prometheus-1.11.0.jar /opt/flink/lib
RUN mkdir -p $FLINK_HOME/usrlib
COPY ./examples/streaming/WordCount.jar $FLINK_HOME/usrlib/my-flink-job.jar

Flink 的 Classpath 位于/opt/flink/lib，所以插件的jar包需要放到该目录下

作业提交

由于我们的Pod必须增加一定的标识，从而让Prometheus实例可以发现。所以提交命令稍作更改，如下：

./bin/flink run-application -p 8 -t kubernetes-application \
  -Dkubernetes.cluster-id=my-first-cluster \
  -Dtaskmanager.memory.process.size=2048m \
  -Dkubernetes.taskmanager.cpu=2 \
  -Dtaskmanager.numberOfTaskSlots=4 \
  -Dkubernetes.container.image=iyacontrol/flink-world-count:v0.0.2 \
  -Dkubernetes.container.image.pull-policy=Always \
  -Dkubernetes.namespace=stream \
  -Dkubernetes.jobmanager.service-account=flink \
  -Dkubernetes.rest-service.exposed.type=LoadBalancer \
  -Dkubernetes.rest-service.annotations=service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-type:nlb,service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-internal:true \
  -Dkubernetes.jobmanager.annotations=prometheus.io/scrape:true,prometheus.io/port:9249 \
  -Dkubernetes.taskmanager.annotations=prometheus.io/scrape:true,prometheus.io/port:9249 \
  -Dmetrics.reporters=prom \
  -Dmetrics.reporter.prom.class=org.apache.flink.metrics.prometheus.PrometheusReporter \
  local:///opt/flink/usrlib/my-flink-job.jar

给 jobmanager 和 taskmanager 增加了annotations
增加了metrcis相关的配置，指定使用prometheus reporter

关于prometheus reporter：

参数：

port - 可选, Prometheus导出器监听的端口，默认为9249。为了能够在一台主机上运行报告程序的多个实例（例如，当一个TaskManager与JobManager并置时），建议使用这样的端口范围 9250-9260。
filterLabelValueCharacters - 可选, 指定是否过滤标签值字符。如果启用，则将删除所有不匹配[a-zA-Z0-9：_]的字符，否则将不删除任何字符。禁用此选项之前，请确保您的标签值符合Prometheus要求。

效果

提交任务后，我们看下实际效果。

首先查看Prometheus 是否发现了我们的Pod。

然后查看具体的metrics，是否被准确抓取。

指标已经收集，后续大家就可以选择grafana绘图了。或是增加相应的报警规则。例如：

总结

当然除了Prometheus主动发现Pod，然后定期抓取metrcis的方式，flink 也支持向PushGateway 主动push metrcis。

Flink 通过 Reporter 来向外部系统提供metrcis。通过在conf/flink-conf.yaml中配置一个或多个Reporter ，可以将metrcis公开给外部系统。这些Reporter在启动时将在每个作业和任务管理器上实例化。

所有Reporter都必须至少具有class或factory.class属性。可以/应该使用哪个属性取决于Reporter的实现。有关更多信息，请参见各个Reporter 配置部分。一些Reporter允许指定报告间隔。

指定多个Reporter 的示例配置：

metrics.reporters: my_jmx_reporter,my_other_reporter

metrics.reporter.my_jmx_reporter.factory.class: org.apache.flink.metrics.jmx.JMXReporterFactory
metrics.reporter.my_jmx_reporter.port: 9020-9040
metrics.reporter.my_jmx_reporter.scope.variables.excludes:job_id;task_attempt_num

metrics.reporter.my_other_reporter.class: org.apache.flink.metrics.graphite.GraphiteReporter
metrics.reporter.my_other_reporter.host: 192.168.1.1
metrics.reporter.my_other_reporter.port: 10000

启动Flink时，必须可以访问包含reporter的jar。支持factory.class属性的reporter可以作为插件加载。否则，必须将jar放在/lib文件夹中。
你可以通过实现org.apache.flink.metrics.reporter.MetricReporter接口来编写自己的Reporter。如果 reporter定期发送报告，则还必须实现Scheduled接口。通过额外实现MetricReporterFactory，你的reporter也可以作为插件加载。

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作业提交

效果

总结

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