【k8s 实战】Prometheus Operator 高级配置- 监控Kubernetes自动发现

上文我们一起学习了如何在 Prometheus Operator 下面自定义一个监控选项，以及自定义报警规则的使用。那么我们还能够直接使用前面课程中的自动发现功能吗？如果在我们的 Kubernetes 集群中有了很多的 Service/Pod，那么我们都需要一个一个的去建立一个对应的 ServiceMonitor 对象来进行监控吗？这样岂不是又变得麻烦起来了？

自动发现配置

为解决上面的问题，Prometheus Operator 为我们提供了一个额外的抓取配置的来解决这个问题，我们可以通过添加额外的配置来进行服务发现进行自动监控。和前面自定义的方式一样，我们想要在 Prometheus Operator 当中去自动发现并监控具有prometheus.io/scrape=true这个 annotations 的 Service，之前我们定义的 Prometheus 的配置如下：

- job_name: 'kubernetes-service-endpoints'
  kubernetes_sd_configs:
  - role: endpoints
  relabel_configs:
  - source_labels: [__meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_scrape]
    action: keep
    regex: true
  - source_labels: [__meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_scheme]
    action: replace
    target_label: __scheme__
    regex: (https?)
  - source_labels: [__meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_path]
    action: replace
    target_label: __metrics_path__
    regex: (.+)
  - source_labels: [__address__, __meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_port]
    action: replace
    target_label: __address__
    regex: ([^:]+)(?::\d+)?;(\d+)
    replacement: $1:$2
  - action: labelmap
    regex: __meta_kubernetes_service_label_(.+)
  - source_labels: [__meta_kubernetes_namespace]
    action: replace
    target_label: namespace
  - source_labels: [__meta_kubernetes_service_name]
    action: replace
    target_label: service
  - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_name]
    target_label: pod

    action: replace

如果你对上面这个配置还不是很熟悉的话，建议去查看下前面关于 Kubernetes常用资源对象监控章节的介绍，要想自动发现集群中的 Service，就需要我们在 Service 的annotation区域添加prometheus.io/scrape=true的声明，将上面文件直接保存为 prometheus-additional.yaml，然后通过这个文件创建一个对应的 Secret 对象：

$ kubectl create secret generic additional-configs --from-file=prometheus-additional.yaml -n monitoring
secret "additional-configs" created

注意我们所有的操作都在 Prometheus Operator 源码contrib/kube-prometheus/manifests/目录下面。

创建完成后，会将上面配置信息进行 base64 编码后作为 prometheus-additional.yaml 这个 key 对应的值存在：

$ kubectl get secret additional-configs -n monitoring -o yaml
apiVersion: v1
data:
  prometheus-additional.yaml: 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
kind: Secret
metadata:
  creationTimestamp: 2018-12-20T14:50:35Z
  name: additional-configs
  namespace: monitoring
  resourceVersion: "41814998"
  selfLink: /api/v1/namespaces/monitoring/secrets/additional-configs
  uid: 9bbe22c5-0466-11e9-a777-525400db4df7
type: Opaque

然后我们只需要在声明 prometheus 的资源对象文件中添加上这个额外的配置：(prometheus-prometheus.yaml)

apiVersion: monitoring.coreos.com/v1
kind: Prometheus
metadata:
  labels:
    prometheus: k8s
  name: k8s
  namespace: monitoring
spec:
  alerting:
    alertmanagers:
    - name: alertmanager-main
      namespace: monitoring
      port: web
  baseImage: quay.io/prometheus/prometheus
  nodeSelector:
    beta.kubernetes.io/os: linux
  replicas: 2
  secrets:
  - etcd-certs
  resources:
    requests:
      memory: 400Mi
  ruleSelector:
    matchLabels:
      prometheus: k8s
      role: alert-rules
  securityContext:
    fsGroup: 2000
    runAsNonRoot: true
    runAsUser: 1000
  additionalScrapeConfigs:
    name: additional-configs
    key: prometheus-additional.yaml
  serviceAccountName: prometheus-k8s
  serviceMonitorNamespaceSelector: {}
  serviceMonitorSelector: {}
  version: v2.5.0

添加完成后，直接更新 prometheus 这个 CRD 资源对象：

$ kubectl apply -f prometheus-prometheus.yaml
prometheus.monitoring.coreos.com "k8s" configured

隔一小会儿，可以前往 Prometheus 的 Dashboard 中查看配置是否生效：

在 Prometheus Dashboard 的配置页面下面我们可以看到已经有了对应的的配置信息了，但是我们切换到 targets 页面下面却并没有发现对应的监控任务，查看 Prometheus 的 Pod 日志：

$ kubectl logs -f prometheus-k8s-0 prometheus -n monitoring
level=error ts=2018-12-20T15:14:06.772903214Z caller=main.go:240 component=k8s_client_runtime err="github.com/prometheus/prometheus/discovery/kubernetes/kubernetes.go:302: Failed to list *v1.Pod: pods is forbidden: User \"system:serviceaccount:monitoring:prometheus-k8s\" cannot list pods at the cluster scope"
level=error ts=2018-12-20T15:14:06.773096875Z caller=main.go:240 component=k8s_client_runtime err="github.com/prometheus/prometheus/discovery/kubernetes/kubernetes.go:301: Failed to list *v1.Service: services is forbidden: User \"system:serviceaccount:monitoring:prometheus-k8s\" cannot list services at the cluster scope"
level=error ts=2018-12-20T15:14:06.773212629Z caller=main.go:240 component=k8s_client_runtime err="github.com/prometheus/prometheus/discovery/kubernetes/kubernetes.go:300: Failed to list *v1.Endpoints: endpoints is forbidden: User \"system:serviceaccount:monitoring:prometheus-k8s\" cannot list endpoints at the cluster scope"
......

可以看到有很多错误日志出现，都是xxx is forbidden，这说明是 RBAC 权限的问题，通过 prometheus 资源对象的配置可以知道 Prometheus 绑定了一个名为 prometheus-k8s 的 ServiceAccount 对象，而这个对象绑定的是一个名为 prometheus-k8s 的 ClusterRole：（prometheus-clusterRole.yaml）

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: prometheus-k8s
rules:
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - nodes/metrics
  verbs:
  - get
- nonResourceURLs:
  - /metrics
  verbs:
  - get

上面的权限规则中我们可以看到明显没有对 Service 或者 Pod 的 list 权限，所以报错了，要解决这个问题，我们只需要添加上需要的权限即可：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: prometheus-k8s
rules:
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - nodes
  - services
  - endpoints
  - pods
  - nodes/proxy
  verbs:
  - get
  - list
  - watch
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - configmaps
  - nodes/metrics
  verbs:
  - get
- nonResourceURLs:
  - /metrics
  verbs:
  - get

更新上面的 ClusterRole 这个资源对象，然后重建下 Prometheus 的所有 Pod，正常就可以看到 targets 页面下面有 kubernetes-service-endpoints 这个监控任务了：

我们这里自动监控了两个 Service，第一个就是我们之前创建的 Redis 的服务，我们在 Redis Service 中有两个特殊的 annotations：

annotations:
  prometheus.io/scrape: "true"
  prometheus.io/port: "9121"

所以被自动发现了，当然我们也可以用同样的方式去配置 Pod、Ingress 这些资源对象的自动发现。

自动发现POD配置

安装上面的方式如法炮制：

  - job_name: 'kubernetes-pods'
    kubernetes_sd_configs:
    - role: pod
    relabel_configs:
    - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_scrape]
      action: keep
      regex: true
    - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_path]
      action: replace
      target_label: __metrics_path__
      regex: (.+)
    - source_labels: [__address__, __meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_port]
      action: replace
      regex: ([^:]+)(?::\d+)?;(\d+)
      replacement: $1:$2
      target_label: __address__
    - action: labelmap
      regex: __meta_kubernetes_pod_label_(.+)
    - source_labels: [__meta_kubernetes_namespace]
      action: replace
      target_label: namespace
    - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_name]
      action: replace
      target_label: pod

以监控Node Exporter为例，我们只需要通过Prometheus的pod服务发现模式，找到当前集群中部署的Node Exporter实例即可。 需要注意的是，由于Kubernetes中并非所有的Pod都提供了对Prometheus的支持，有些可能只是一些简单的用户应用，为了区分哪些Pod实例是可以供Prometheus进行采集的，这里我们为Node Exporter添加了注解：

prometheus.io/scrape: 'true': 由于Kubernetes中Pod可能会包含多个容器，还需要用户通过注解指定用户提供监控指标的采集端口：

prometheus.io/port: '9100' 而有些情况下，Pod中的容器可能并没有使用默认的/metrics作为监控采集路径，因此还需要支持用户指定采集路径：

prometheus.io/path: 'metrics' 为Prometheus创建监控采集任务kubernetes-pods.

添加完注解后测试如下所示：

通过以上relabel过程实现对Pod实例的过滤，以及采集任务地址替换，从而实现对特定Pod实例监控指标的采集。需要说明的是kubernetes-pods并不是只针对Node Exporter而言，对于用户任意部署的Pod实例，只要其提供了对Prometheus的支持，用户都可以通过为Pod添加注解的形式为其添加监控指标采集的支持。

参考

【Prometheus】监控Kubernetes