ELK日志分析系统之ELK工作原理

目录

引言

一、ELK简介

1、ELK日志分析系统组成

1.1 Elasticsearch（es）

1.2 Logstash

1.3 Kibana

2、日志处理步骤

二、Elasticsearch

1、Elasticsearch概述

2、Elasticsearch核心概念

2.1 接近实时(NRT)

2.2 cluster集群，ES是一个分布式的系统

2.3 Node节点，就是集群中的一台服务器

2.4 index索引

2.5 类型（type）

2.6 文档（document)

2.7 分片和副本(shards & replicas)

三、Logstash

1、Logstash简介

2、Logstash的主要组件

四、Kibana

1、Kibana简介

2、Kibana主要功能

五、ELK架构

六、ELK优点

七、Elasticsearch集群部署（在node1上操作）

1、准备环境

2、部署安装Elasticsearch软件

3、配置Elastic

 4、创建数据存放路径并授权

5、查看node1节点信息

二、Elasticsearch 集群部署（在Node2上操作）

1、前面步骤与node1节点一致

2、 查看node1节点信息

三、安装 Elasticsearch-head 插件（node1和node2节点操作一样）

1、编译安装 node

2、安装 phantomjs

3、安装 Elasticsearch-head 数据可视化工具

4、修改 Elasticsearch 主配置文件

5、修改Gruntfile.js配置文件

6、修改app.js配置文件

7、启动 elasticsearch-head 服务

8、通过 Elasticsearch-head查看Elasticsearch 信息

9、插入索引，进行测试

四、Logstash（Apache） 部署(192.168.109.50)

1、安装httpd服务

2、安装java环境

3、安装logstash

4、测试 Logstash

4.1 Logstash 命令常用选项

4.2 定义输入输出流

4.3 使用 rubydebug 输出详细格式显示，codec 为一种编解码器

4.4 使用 Logstash 将信息写入 Elasticsearch 中

5、定义logstash配置文件

6、浏览器验证，查看索引信息

1、安装 Kibana

2、设置kibana的主配置文件

3、启动kibana服务

4、验证Kibana

5、将 Apache 服务器的日志（访问的、错误的）添加到 Elasticsearch 并通过 Kibana 显示

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引言

着业务量的增长，每天业务服务器将会产生上亿条的日志，单个日志文件达几个GB，这时我们发现用Linux自带工具，cat grep awk 分析越来越力不从心了，而且除了服务器日志，还有程序报错日志，分布在不同的服务器，查阅繁琐。

一、ELK简介

ELK是三个软件的统称，即Elasticsearch、Logstash和Kibana三个开源软件的缩写。这三款软件都是开源软件，通常配合使用，并且都先后归于Elastic.co企业名下，故被简称为ELK协议栈。ELK主要用于部署在企业架构中，收集多台设备上多个服务的日志信息，并将其统一整合后提供给用户。它可以从任何来源、任何格式进行日志搜索、分析与可视化展示。

1、ELK日志分析系统组成

在ELK架构中，Elasticsearch、Logstash和Kibana三款软件作用如下：

• elasticsearch (es) :通过搭建群集;存储日志数据，索引日志数据
• logstash :收集日志，收集到了后给es存储
• kibana :视图形式展现日志信息，更加人性化

1.1 Elasticsearch（es）

Elasticsearch是一个高度可扩展的全文搜索和分析引擎，基于Apache Lucence（事实上，Lucence也是百度所采用的搜索引擎）构建，能够对大容量的数据进行接近实时的存储、搜索和分析操作。

1.2 Logstash

Logstash是一个数据收集引擎，它可以动态的从各种数据源搜集数据，并对数据进行过滤、分析和统一格式等操作，并将输出结果存储到指定位置上。Logstash支持普通的日志文件和自定义Json格式的日志解析。

1.3 Kibana

Kibana是一个数据分析和可视化平台，通常与Elasticsearch配合使用，用于对其中的数据进行搜索、分析，并且以统计图标的形式展示。

2、日志处理步骤

1. 将日志进行集中化管理
2. 将日志格式化(Logstash)并输出到Elasticsearch
3. 对格式化后的数据进行索引和存储(Elasticsearch)
4. 前端数据的展示(Kibana)

二、Elasticsearch

1、Elasticsearch概述

提供了一个分布式多用户能力的全文搜索引擎

2、Elasticsearch核心概念

2.1 接近实时(NRT)

elasticsearch是一个接近实时的搜索平台，这意味着，从索引一个文档直到这个文档能够被搜索到有一个轻微的延迟（通常是1秒)

2.2 cluster集群，ES是一个分布式的系统

一个集群就是由一个或多个节点组织在一起，它们共同持有你整个的数据，并一起提供索引和搜索功能。其中一个节点为主节点，这个主节点是可以通过选举产生的，并提供跨节点的联合索引和搜索的功能。集群有一个唯一性标示的名字，默认是elasticsearch，集群名字很重要，每个节点是基于集群名字加入到其集群中的。因此，确保在不同环境中使用不同的集群名字。
—个集群可以只有一个节点。强烈建议在配置elasticsearch时，配置成集群模式。es具有集群机制，节点通过集群名称加入到集群中，同时在集群中的节点会有一个自己的唯一身份标识（自己的名称)

2.3 Node节点，就是集群中的一台服务器

节点就是一台单一的服务器，是集群的一部分，存储数据并参与集群的索引和搜索功能。像集群一样，节点也是通过名字来标识，默认是在节点启动时随机分配的字符名。当然，你可以自己定义。该名字也很重要，在集群中用于识别服务器对应的节点。
节点可以通过指定集群名字来加入到集群中。默认情况，每个节点被设置成加入到elasticsearch集群。如果启动了多个节点，假设能自动发现对方，他们将会自动组建一个名为elasticsearch的集群。

2.4 index索引

一个索引就是一个拥有几分相似特征的文档的集合。比如说，你可以有一个客户数据的索引、一个产品目录的索引、还有一个订单数据的索引。一个索引用一个名字来标识（必须全部是小写字母组合），并且当我们要对相应的索引中的文档进行索引、收缩、更新和删除的时候，都要用到这个名字。在一个集群中，可以定义多个索引。（索引相对于关系型数据库的库）

类型相对于关系型数据库的表 ——》索引(库)-》类型(表)-》文档(记录)

2.5 类型（type）

类型（type）在一个索引中，你可以定义一种或多种类型。一个类型是你的索引的一个逻辑上的分类分区，其寓意完全由你来定义。通常，会为具有一组共同字段的文档定义一个类型。比如：我们假设运营一个博客平台并且将所有的数据存储到一个索引中，在这个索引中，你可以为用户数据定义一个类型，为博客数据定义一个类型，也可以为评论数据定义另一个类型。（类型相对于关系型数据库的表）

2.6 文档（document)

文档就是最终的数据了，可以认为一个文档就是一条记录。是ES里面最小的数据单元，就好比表里面的一条数据

2.7 分片和副本(shards & replicas)

在实际情况下，索引存储的数据可能超过单个节点的硬件限制。如一个10亿文档需1TB空间可能不适合存储在单个节点的磁盘上或者从单个节点搜索请求太慢了。为了解决这个问题，elasticsearch提供将索引分成多个分片的功能。当在创建索引时，可以定义想要分片的数量。每一个分片就是一个全功能的独立的索引，可以位于集群中任何节点上。

三、Logstash

1、Logstash简介

1. —款强大的数据处理工具
2. 可实现数据传输、格式处理、格式化输出
3. 数据输入(从业务输入)、数据加工(如过滤、改写等）以及数据输出（输出到Elasticsearch群集)

2、Logstash的主要组件

1. shipper：日志收集者，负责监控本地日志文件的变化，及时把日志文件的最新内容收集起来。通常，远程代理端(agent)只需要运行这个组件即可
2. indexer：日志存储者，负责接收日志并写入到本地文件
3. broker：日志hub，负责连接多个shipper和多个indexer
4. search and storage：允许对事件进行搜索和存储
5. web interface：基于Web的展示界面

以上组件在Logstash架构中可以独立部署，因此提供了很好的集群扩展性

四、Kibana

1、Kibana简介

1. 一个针对Elasticsearch的开源分析及可视化平台；
2. 搜索、查看存储在Elasticsearch索引中的数据；
3. 通过各种图标进行高级数据分析及展示；
4. 让海量数据更容易理解；
5. 操作简单，基于浏览器地用户界面就可以快速创建仪表板（dashboard）实时显示Elasticsearch查询动态；
6. 设置安装Kibana非常简单，无需编写代码，几分钟内就可以完成Kibana安装并启动Elasticsearch监测。

2、Kibana主要功能

（1）Elasticsearch无缝之集成。Kibana架构为Elasticsearch定制，可以将任何结构化和非结构化数据加入Elasticsearch索引。Kibana还充分利用了Elasticsearch强大的搜索和分析功能。
（2）整合数据：Kibana能够更好地处理海量数据，并据此创建柱形图、折线图、散点图、直方图、饼图和地图。
（3）复杂数据分析：Kibana提升了Elasticsearch分析能力，能够更加智能地分析数据，执行数学转换并且根据要求对数据切割分块。
（4）让更多团队成员受益：强大的数据库可视化接口让各业务岗位都能够从数据集合受益。
（5）接口灵活，分享更容易：使用Kibana可以更加方便地创建、保存、分享数据，并将可视化数据快速交流。
（6）配置简单：Kibana的配置和启用非常简单，用户体验非常友好。Kibana自带Web服务器，可以快速启动运行。
（7）可视化多数据源：Kibana可以非常方便地把来自Logstash、ES-Hadoop、Beats或第三方技术的数据整合到Elasticsearch，支持的第三方技术包括Apache Flume、Fluentd等。
（8）简单数据导出：Kibana可以方便地导出感兴趣的数据，与其它数据集合并融合后快速建模分析，发现新结果。

五、ELK架构

 如上图所示，Logstash安装在各个设备上，用于收集日志信息，收集到的日志信息统一汇总到Elasticsearch上，然后由Kibana负责web端的展示。其中，如果终端设备过多，会导致Elasticsearch过载的现象，此时，我们可以采用一台Redis设备作为消息队列，以暂时缓存数据，避免Elasticsearch压力突发。

六、ELK优点

1. 处理方式灵活。 Elasticsearch是全文索引，具有强大的搜索能力。
2. 配置相对简单。 Kibana的配置非常简单，Elasticsearch则全部使用Json接口，配置也不复杂，Logstash的配置使用模块的方式，配置也相对简单。
3. 检索性能高。 ELK架构通常可以达到百亿级数据的查询秒级响应。
4. 集群线性扩展。 Elasticsearch本身没有单点的概念，自动默认集群模式，Elasticsearch和Logstash都可以
5. 灵活扩展。
6. 页面美观。 Kibana的前端设计美观，且操作简单。

七、Elasticsearch集群部署（在node1上操作）

node1节点：192.168.100.3

node2节点：192.168.100.20

node3节点：192.168.100.50

Elasticsearch包下载地址
https://www.elastic.co/cn/downloads/past-releases/elasticsearch-5-5-0

1、准备环境

更改主机名，配置域名解析，查看java环境

hostnamectl set-hostname node1
bash
systemctl stop firewalld
setenforce 0
vim /etc/hosts
java –version

2、部署安装Elasticsearch软件

rpm -ivh elasticsearch-5.5.0.rpm
cd /etc/elasticsearch/
cp elasticsearch.yml elasticsearch.yml.bak

3、配置Elastic

vim /etc/elasticsearch/elasticsearch.yml

--17--取消注释，指定集群名字
cluster.name: zhang
--23--取消注释，指定节点名字：Node1节点为node1，Node2节点为node2
node.name: node1
--33--取消注释，指定数据存放路径
path.data: /data/elk_data
--37--取消注释，指定日志存放路径
path.logs: /var/log/elasticsearch/
--43--取消注释，改为在启动的时候不锁定内存
bootstrap.memory_lock: false
--55--取消注释，设置监听地址，0.0.0.0代表所有地址
network.host: 0.0.0.0
--59--取消注释，ES 服务的默认监听端口为9200
http.port: 9200
--68--取消注释，集群发现通过单播实现，指定要发现的节点 node1、node2
discovery.zen.ping.unicast.hosts: ["node1", "node2"]

 grep -v "^#" /etc/elasticsearch/elasticsearch.yml

 4、创建数据存放路径并授权

mkdir -p /data/elk_data
chown elasticsearch:elasticsearch /data/elk_data/
systemctl start elasticsearch
netstat -antp | grep 9200
systemctl enable --now elasticsearch.service
netstat -antp | grep 9200

5、查看node1节点信息

二、Elasticsearch 集群部署（在Node2上操作）

1、前面步骤与node1节点一致

2、 查看node1节点信息

 

3、在node1节点上把配置文件上传到node2节点

 scp elasticsearch.yml [email protected]:/etc/elasticsearch/

 4、修改配置文件

vim /etc/elasticsearch/elasticsearch.yml
grep -v "^#" /etc/elasticsearch/elasticsearch.yml

 5、创建数据存放路径并授权

 mkdir -p /data/elk_data
chown elasticsearch:elasticsearch /data/elk_data/
systemctl daemon-reload
systemctl enable --now elasticsearch.service
systemctl start elasticsearch
netstat -antp | grep 9200

由于es服务启动之后，访问界面比较丑陋，为了更好的查看索引库当中的信息，我们可以通过安装elasticsearch-head这个插件来实现，这个插件可以更方便快捷的看到es的管理界面。

三、安装 Elasticsearch-head 插件（node1和node2节点操作一样）

Elasticsearch 在 5.0 版本后，Elasticsearch-head 插件需要作为独立服务进行安装，需要使用npm工具（NodeJS的包管理工具）安装。
安装 Elasticsearch-head 需要提前安装好依赖软件 node 和 phantomjs。

node：是一个基于 Chrome V8 引擎的 JavaScript 运行环境。
phantomjs：是一个基于 webkit 的JavaScriptAPI，可以理解为一个隐形的浏览器，任何基于 webkit 浏览器做的事情，它都可以做到。

1、编译安装 node

上传软件包 node-v8.2.1.tar.gz 到/opt
yum install gcc gcc-c++ make -y

cd /opt
tar zxvf node-v8.2.1.tar.gz

cd node-v8.2.1/
./configure
make && make install

 时间有点长，等等。

2、安装 phantomjs

上传软件包 phantomjs-2.1.1-linux-x86_64.tar.bz2到opt

cd /opt

tar jxvf phantomjs-2.1.1-linux-x86_64.tar.bz2 -C /usr/local/src/

cd /usr/local/src/phantomjs-2.1.1-linux-x86_64/bin

cp phantomjs /usr/local/bin

3、安装 Elasticsearch-head 数据可视化工具

上传软件包 elasticsearch-head.tar.gz 到/opt

cd /opt
tar zxvf elasticsearch-head.tar.gz -C /usr/local/src/
cd /usr/local/src/elasticsearch-head/
npm install

4、修改 Elasticsearch 主配置文件

vim /etc/elasticsearch/elasticsearch.yml

--末尾添加以下内容--
http.cors.enabled: true            
http.cors.allow-origin: "*"

5、修改Gruntfile.js配置文件

vim Gruntfile.js 

6、修改app.js配置文件

7、启动 elasticsearch-head 服务

/usr/local/src/elasticsearch-head/node_modules/grunt/bin
./grunt server

或者

cd /usr/local/src/elasticsearch-head/

npm run start & 

8、通过 Elasticsearch-head查看Elasticsearch 信息

浏览器访问 http://192.168.109.3:9100/ 地址并连接群集。如果看到群集健康值为 green 绿色，代表群集很健康。

9、插入索引，进行测试

curl -X PUT 'localhost:9200/index-demo/test/1?pretty&pretty' -H 'content-Type: application/json' -d '{"user":"lcdb","mesg":"lichen youshoujiuxing"}'

浏览器访问 http://192.168.109.3:9100/ 查看索引信息，可以看见索引默认被分片5个，并且有一个副本。
点击“数据浏览”，会发现在node1上创建的索引为 index-demo，类型为 test 的相关信息。

四、Logstash（Apache） 部署(192.168.109.50)

下载地址：https://www.elastic.co/cn/downloads/past-releases/logstash-5-5-1

Logstash 一般部署在需要监控其日志的服务器。在本案例中，Logstash 部署在 Apache 服务器上，用于收集 Apache 服务器的日志信息并发送到 Elasticsearch。

1、安装httpd服务

yum -y install httpd
systemctl start httpd

2、安装java环境

yum -y install java
java –version

3、安装logstash

cd /opt
rpm -ivh logstash-5.5.1.rpm
systemctl start logstash.service
systemctl enable logstash.service
ln -s /usr/share/logstash/bin/logstash /usr/local/bin/

4、测试 Logstash

4.1 Logstash 命令常用选项

-f：通过这个选项可以指定 Logstash 的配置文件，根据配置文件配置 Logstash 的输入和输出流。

-e：从命令行中获取，输入、输出后面跟着字符串，该字符串可以被当作 Logstash 的配置（如果是空，则默认使用 stdin 作为输入，stdout 作为输出）。

-t：测试配置文件是否正确，然后退出。

4.2 定义输入输出流

输入采用标准输入，输出采用标准输出（类似管道）
指定数据输入端口，默认为9600~9700
logstash -e ‘input { stdin{} } output { stdout{} }

4.3 使用 rubydebug 输出详细格式显示，codec 为一种编解码器

logstash -e 'input { stdin{} } output { stdout{ codec=>rubydebug } }'

4.4 使用 Logstash 将信息写入 Elasticsearch 中

logstash -e 'input { stdin{} } output { elasticsearch { hosts=>["192.168.109.3:9200"] } }'

5、定义logstash配置文件

Logstash 配置文件基本由三部分组成（根据需要选择使用）

1. input：表示从数据源采集数据，常见的数据源如Kafka、日志文件等
2. filter：表示数据处理层，包括对数据进行格式化处理、数据类型转换、数据过滤等，支持正则表达式
3. output：表示将Logstash收集的数据经由过滤器处理之后输出到Elasticsearch。

修改 Logstash 配置文件，让其收集系统日志/var/log/messages，并将其输出到 elasticsearch 中

ll /var/log/messages    #查看日志的权限

chmod +r /var/log/messages   #给系统日志添加可读的权限
vim /etc/logstash/conf.d/syslog.conf   #修改日志配置文件

systemctl restart logstash.service   #重启服务

 

input {
    file{
        path =>"/var/log/messages"
        type =>"system"
        start_position =>"beginning"
   }

}
output {
    elasticsearch {
       hosts => ["192.168.109.11:9200"]
       index =>"system-%{+YYYY.MM.dd}"
}
}

6、浏览器验证，查看索引信息

可以看到有很多的信息，但不好过滤信息，所以我们接下来安装kiabana

五、Kibana部署（Node1节点）

下载地址：https://www.elastic.co/cn/downloads/past-releases/kibana-5-5-1

1、安装 Kibana

cd /opt
rpm -ivh kibana-5.5.1-x86_64.rpm

2、设置kibana的主配置文件

vim /etc/kibana/kibana.yml

--2--取消注释，Kiabana 服务的默认监听端口为5601
server.port: 5601
--7--取消注释，设置 Kiabana 的监听地址，0.0.0.0代表所有地址
server.host: "0.0.0.0"
--21--取消注释，设置和 Elasticsearch 建立连接的地址和端口
elasticsearch.url: "http://192.168.80.10:9200" 
--30--取消注释，设置在 elasticsearch 中添加.kibana索引
kibana.index: ".kibana"

3、启动kibana服务

systemctl daemon-reload
systemctl start kibana.service
systemctl enable kibana.service
netstat -antp | grep 5601

4、验证Kibana

5、将 Apache 服务器的日志（访问的、错误的）添加到 Elasticsearch 并通过 Kibana 显示

vim /etc/logstash/conf.d/apache_log.conf

input {
    file{
        path => "/etc/httpd/logs/access_log"
        type => "access"
        start_position => "beginning"
    }
    file{
        path => "/etc/httpd/logs/error_log"
        type => "error"
        start_position => "beginning"
    }
}
output {
    if [type] == "access" {
        elasticsearch {
            hosts => ["192.168.109.11:9200"]
            index => "apache_access-%{+YYYY.MM.dd}"
        }
    }
    if [type] == "error" {
        elasticsearch {
            hosts => ["192.168.109.11:9200"]
            index => "apache_error-%{+YYYY.MM.dd}"
        }
    }
}

 cd /etc/logstash/conf.d/
/usr/share/logstash/bin/logstash -f apache_log.conf   #开启logstash,指定logstash的配置文件

 打开宿主机（192.168.109.13）访问apache页面

 浏览器访问 http://192.168.109.11:9100 查看索引是否创建

 然后在宿主机上刷新访问，会刷新日志，可以在kibana查看时间