Logstash与FileBeat详解以及ELK整合详解

背景

日志管理的挑战：

• 关注点很多，任何一个点都有可能引起问题
• 日志分散在很多机器，出了问题时，才发现日志被删了
• 很多运维人员是消防员，哪里有问题去哪里

集中化日志管理思路：
日志收集》格式化分析》检索和可视化》风险告警

ELK架构

ELK架构分为两种，一种是经典的ELK，另外一种是加上消息队列（Redis或Kafka或RabbitMQ）和Nginx结构。

经典的ELK

经典的ELK主要是由Filebeat + Logstash + Elasticsearch + Kibana组成，如下图：
（早期的ELK只有Logstash + Elasticsearch + Kibana）

此架构主要适用于数据量小的开发环境，存在数据丢失的危险。

整合消息队列+Nginx架构

这种架构，主要加上了Redis或Kafka或RabbitMQ做消息队列，保证了消息的不丢失。

此种架构，主要用在生产环境，可以处理大数据量。

什么是Logstash

Logstash 是免费且开放的服务器端数据处理管道，能够从多个来源采集数据，转换数据，然后将数据发送到您最喜欢的存储库中。

https://www.elastic.co/cn/logstash/

应用：ETL工具 / 数据采集处理引擎

Logstash核心概念

Pipeline：

• 包含了input》filter》output三个阶段的处理流程
• 插件生命周期管理
• 队列管理

Logstash Event：

• 数据在内部流转时的具体表现形式。数据在input阶段被转换为Event，在output被转化成目标格式数据
• Event其实是一个Java Object，在配置文件中，可以对Event的属性进行增删改查

Codec (Code / Decode)：

• 将原始数据decode成Event；
• 将Event encode成目标数据；

Logstash数据传输原理

1. 数据采集与输入：Logstash支持各种输入选择，能够以连续的流式传输方式，轻松地从日志、指标、Web应用以及数据存储中采集数据。
2. 实时解析和数据转换：通过Logstash过滤器解析各个事件，识别已命名的字段来构建结构，并将它们转换成通用格式，最终将数据从源端传输到存储库中。
3. 存储与数据导出：Logstash提供多种输出选择，可以将数据发送到指定的地方。

Logstash通过管道完成数据的采集与处理，管道配置中包含input、output和filter（可选）插件，input和output用来配置输入和输出数据源、filter用来对数据进行过滤或预处理。

Logstash安装

官方文档: https://www.elastic.co/guide/en/logstash/7.17/installing-logstash.html

1）下载并解压logstash

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

选择版本：7.17.3。

#下载Logstash
#windows
https://artifacts.elastic.co/downloads/logstash/logstash-7.17.3-windows-x86_64.zip
#linux
https://artifacts.elastic.co/downloads/logstash/logstash-7.17.3-linux-x86_64.tar.gz

2）测试：运行最基本的logstash管道

cd logstash-7.17.3
#linux
#-e选项表示，直接把配置放在命令中，这样可以有效快速进行测试
bin/logstash -e 'input { stdin { } } output { stdout {} }'
#windows
.\bin\logstash.bat -e "input { stdin { } } output { stdout {} }"

Logstash配置文件结构

参考：https://www.elastic.co/guide/en/logstash/7.17/configuration.html

Logstash的管道配置文件对每种类型的插件都提供了一个单独的配置部分，用于处理管道事件。

input {
  stdin { }
}

filter {
  grok {
    match => { "message" => "%{COMBINEDAPACHELOG}" }
  }
  date {
    match => [ "timestamp" , "dd/MMM/yyyy:HH:mm:ss Z" ]
  }
}

output {
  elasticsearch { hosts => ["localhost:9200"]}  
  stdout { codec => rubydebug }
}

每个配置部分可以包含一个或多个插件。例如，指定多个filter插件，Logstash会按照它们在配置文件中出现的顺序进行处理。

#运行
bin/logstash -f logstash-demo.conf

Input Plugins

https://www.elastic.co/guide/en/logstash/7.17/input-plugins.html

一个 Pipeline可以有多个input插件

• Stdin / File
• Beats / Log4J / Elasticsearch / JDBC / Kafka /Rabbitmq /Redis
• JMX/ HTTP / Websocket / UDP / TCP
• Google Cloud Storage / S3
• Github / Twitter

Output Plugins

https://www.elastic.co/guide/en/logstash/7.17/output-plugins.html

将Event发送到特定的目的地，是 Pipeline 的最后一个阶段。
常见 Output Plugins：

• Elasticsearch
• Email / Pageduty
• Influxdb / Kafka / Mongodb / Opentsdb / Zabbix
• Http / TCP / Websocket

Codec Plugins

https://www.elastic.co/guide/en/logstash/7.17/codec-plugins.html

将原始数据decode成Event；将Event encode成目标数据；
内置的Codec Plugins:

• Line / Multiline
• JSON / Avro / Cef (ArcSight Common Event Format)
• Dots / Rubydebug

Codec Plugin测试：

# single line
bin/logstash -e "input{stdin{codec=>line}}output{stdout{codec=> rubydebug}}"
bin/logstash -e "input{stdin{codec=>json}}output{stdout{codec=> rubydebug}}"

Codec Plugin（Multiline）
设置参数:

• pattern：设置行匹配的正则表达式
• what：如果匹配成功，那么匹配行属于上一个事件还是下一个事件

previous / next

• negate：是否对pattern结果取反

true / false

# 多行数据，异常
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
        at com.example.myproject.Book.getTitle(Book.java:16)
        at com.example.myproject.Author.getBookTitles(Author.java:25)
        at com.example.myproject.Bootstrap.main(Bootstrap.java:14)


#vim multiline-exception.conf
input {
  stdin {
    codec => multiline {
      pattern => "^\s"
      what => "previous"
    }
  }
}

filter {}

output {
  stdout { codec => rubydebug }
}

#执行管道
bin/logstash -f multiline-exception.conf

Filter Plugins

https://www.elastic.co/guide/en/logstash/7.17/filter-plugins.html

Filter Plugin可以对Logstash Event进行各种处理，例如解析、删除字段、类型转换

• Date: 日期解析
• Dissect: 分割符解析
• Grok: 正则匹配解析
• Mutate: 对字段做各种操作
• Convert : 类型转换
• Gsub : 字符串替换
• Split / Join /Merge: 字符串切割，数组合并字符串，数组合并数组
• Rename: 字段重命名
• Update / Replace: 字段内容更新替换
• Remove_field: 字段删除
• Ruby: 利用Ruby代码来动态修改Event

Logstash Queue

• In Memory Queue

进程Crash，机器宕机，都会引起数据的丢失

• Persistent Queue

机器宕机，数据也不会丢失；数据保证会被消费；可以替代Kafka等消息队列缓冲区的作用

# pipelines.yml
queue.type: persisted (默认是memory)
queue.max_bytes: 4gb

Logstash导入csv数据到ES

1）测试数据集下载：https://grouplens.org/datasets/movielens/

2）准备logstash-movie.conf配置文件

input {
  file {
    path => "/home/es/logstash-7.17.3/dataset/movies.csv"
    start_position => "beginning"
    sincedb_path => "/dev/null"
  }
}
filter {
  csv {
    separator => ","
    columns => ["id","content","genre"]
  }

  mutate {
    split => { "genre" => "|" }
    remove_field => ["path", "host","@timestamp","message"]
  }

  mutate {
    split => ["content", "("]
    add_field => { "title" => "%{[content][0]}"}
    add_field => { "year" => "%{[content][1]}"}
  }

  mutate {
    convert => {
      "year" => "integer"
    }
    strip => ["title"]
    remove_field => ["path", "host","@timestamp","message","content"]
  }

}
output {
   elasticsearch {
     hosts => "http://localhost:9200"
     index => "movies"
     document_id => "%{id}"
     user => "elastic"
     password => "123456"
   }
  stdout {}
}

3）运行logstash

# linux
bin/logstash -f logstash-movie.conf
- --config.test_and_exit: 解析配置文件并报告任何错误
- --config.reload.automatic: 启用自动配置加载

同步数据库数据到Elasticsearch

需求: 将数据库中的数据同步到ES，借助ES的全文搜索，提高搜索速度

• 需要把新增用户信息同步到Elasticsearch中
• 用户信息Update后，需要能被更新到Elasticsearch
• 支持增量更新
• 用户注销后，不能被ES所搜索到

实现思路

• 基于canal同步数据
• 借助JDBC Input Plugin将数据从数据库读到Logstash

需要自己提供所需的 JDBC Driver；
JDBC Input Plugin 支持定时任务 Scheduling，其语法来自 Rufus-scheduler，其扩展了 Cron，使用 Cron 的语法可以完成任务的触发；
JDBC Input Plugin 支持通过 Tracking_column / sql_last_value 的方式记录 State，最终实现增量的更新；

https://www.elastic.co/cn/blog/logstash-jdbc-input-plugin

JDBC Input Plugin实现步骤

1）拷贝jdbc依赖到logstash-7.17.3/drivers目录下
2）准备mysql-demo.conf配置文件

input {
  jdbc {
    jdbc_driver_library => "/home/es/logstash-7.17.3/drivers/mysql-connector-java-5.1.49.jar"
    jdbc_driver_class => "com.mysql.jdbc.Driver"
    jdbc_connection_string => "jdbc:mysql://localhost:3306/test?useSSL=false"
    jdbc_user => "root"
    jdbc_password => "123456"
    #启用追踪，如果为true，则需要指定tracking_column
    use_column_value => true
    #指定追踪的字段
    tracking_column => "last_updated"
    #追踪字段的类型，目前只有数字(numeric)和时间类型(timestamp)，默认是数字类型
    tracking_column_type => "numeric"
    #记录最后一次运行的结果
    record_last_run => true
    #上面运行结果的保存位置
    last_run_metadata_path => "jdbc-position.txt"
    statement => "SELECT * FROM user where last_updated >:sql_last_value;"
    schedule => " * * * * * *"
  }
}
output {
  elasticsearch {
    document_id => "%{id}"
    document_type => "_doc"
    index => "users"
    hosts => ["http://localhost:9200"]
    user => "elastic"
    password => "123456"
  }
  stdout{
    codec => rubydebug
  }
}

3）运行logstash

bin/logstash -f mysql-demo.conf

测试：

#user表
CREATE TABLE `user` (
  `id` int NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(50) DEFAULT NULL,
  `address` varchar(50) DEFAULT NULL,
  `last_updated` bigint DEFAULT NULL,
  `is_deleted` int DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=2 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 ;
#插入数据
INSERT INTO user(name,address,last_updated,is_deleted) VALUES("张三","广州天河",unix_timestamp(NOW()),0);

# 更新
update user set address="广州白云山",last_updated=unix_timestamp(NOW()) where name="张三";

#删除
update user set is_deleted=1,last_updated=unix_timestamp(NOW()) where name="张三";

# ES中查询
# 创建 alias，只显示没有被标记 deleted的用户
POST /_aliases
{
  "actions": [
    {
      "add": {
        "index": "users",
        "alias": "view_users",
         "filter" : { "term" : { "is_deleted" : 0} }
      }
    }
  ]
}

# 通过 Alias查询，查不到被标记成 deleted的用户
POST view_users/_search

POST view_users/_search
{
  "query": {
    "term": {
      "name.keyword": {
        "value": "张三"
      }
    }
  }
}

什么是Beats

轻量型数据采集器。

文档地址： https://www.elastic.co/guide/en/beats/libbeat/7.17/index.html

Beats 是一个免费且开放的平台，集合了多种单一用途的数据采集器。它们从成百上千或成千上万台机器和系统向 Logstash 或 Elasticsearch 发送数据。

FileBeat简介

FileBeat专门用于转发和收集日志数据的轻量级采集工具。它可以作为代理安装在服务器上，FileBeat监视指定路径的日志文件，收集日志数据，并将收集到的日志转发到Elasticsearch或者Logstash。

FileBeat的工作原理

启动FileBeat时，会启动一个或者多个输入（Input），这些Input监控指定的日志数据位置。FileBeat会针对每一个文件启动一个Harvester（收割机）。Harvester读取每一个文件的日志，将新的日志发送到libbeat，libbeat将数据收集到一起，并将数据发送给输出（Output）。

Logstash vs FileBeat

• Logstash是在jvm上运行的，资源消耗比较大。而FileBeat是基于golang编写的，功能较少但资源消耗也比较小，更轻量级
• Logstash和Filebeat都具有日志收集功能，Filebeat更轻量，占用资源更少
• Logstash具有Filter功能，能过滤分析日志
• 一般结构都是Filebeat采集日志，然后发送到消息队列、Redis、MQ中，然后Logstash去获取，利用Filter功能过滤分析，然后存储到Elasticsearch中
• FileBeat和Logstash配合，实现背压机制。当将数据发送到Logstash或Elasticsearch时，Filebeat使用背压敏感协议，以应对更多的数据量。如果Logstash正在忙于处理数据，则会告诉Filebeat减慢读取速度。一旦拥堵得到解决，Filebeat就会恢复到原来的步伐并继续传输数据。

Filebeat安装

https://www.elastic.co/guide/en/beats/filebeat/7.17/filebeat-installation-configuration.html

1）下载并解压Filebeat

下载地址：https://www.elastic.co/cn/downloads/past-releases#filebeat

选择版本：7.17.3

# linux
https://artifacts.elastic.co/downloads/beats/filebeat/filebeat-7.17.3-linux-x86_64.tar.gz

2）编辑配置
修改 filebeat.yml 以设置连接信息：

output.elasticsearch:
  hosts: ["192.168.65.174:9200","192.168.65.192:9200","192.168.65.204:9200"]
  username: "elastic"
  password: "123456"
setup.kibana:
  host: "192.168.65.174:5601"

3. 启用和配置数据收集模块
   从安装目录中，运行：

# 查看可以模块列表
./filebeat modules list

# 启用nginx模块
./filebeat modules enable nginx
# 如果需要更改nginx日志路径，修改modules.d/nginx.yml
- module: nginx
  access:
    var.paths: ["/var/log/nginx/access.log*"]

# 启用 Logstash 模块
./filebeat modules enable logstash
# 在 modules.d/logstash.yml 文件中修改设置
- module: logstash
  log:
    enabled: true
    var.paths: ["/home/es/logstash-7.17.3/logs/*.log"]

4）启动 Filebeat

# setup命令加载Kibana仪表板。如果仪表板已经设置，则忽略此命令。 
./filebeat setup
# 启动Filebeat
./filebeat -e 

ELK整合实战

案例：采集tomcat服务器日志

Tomcat服务器运行过程中产生很多日志信息，通过Logstash采集并存储日志信息至ElasticSearch中

使用FileBeats将日志发送到Logstash

1）创建配置文件filebeat-logstash.yml，配置FileBeats将数据发送到Logstash

vim filebeat-logstash.yml
chmod 644 filebeat-logstash.yml
#因为Tomcat的web log日志都是以IP地址开头的，所以我们需要修改下匹配字段。
# 不以ip地址开头的行追加到上一行
filebeat.inputs:
- type: log
  enabled: true
  paths:
    - /home/es/apache-tomcat-8.5.33/logs/*access*.*
  multiline.pattern: '^\\d+\\.\\d+\\.\\d+\\.\\d+ '
  multiline.negate: true
  multiline.match: after

output.logstash:
  enabled: true
  hosts: ["192.168.65.204:5044"]

• pattern：正则表达式
• negate：true 或 false；默认是false，匹配pattern的行合并到上一行；true，不匹配pattern的行合并到上一行
• match：after 或 before，合并到上一行的末尾或开头

2）启动FileBeat，并指定使用指定的配置文件

./filebeat -e -c filebeat-logstash.yml

可能出现的异常：

异常1：Exiting: error loading config file: config file ("filebeat-logstash.yml") can only be writable by the owner but the permissions are "-rw-rw-r--" (to fix the permissions use: 'chmod go-w /home/es/filebeat-7.17.3-linux-x86_64/filebeat-logstash.yml')

因为安全原因不要其他用户写的权限，去掉写的权限就可以了：

chmod 644 filebeat-logstash.yml

异常2：Failed to connect to backoff(async(tcp://192.168.65.204:5044)): dial tcp 192.168.65.204:5044: connect: connection refused

FileBeat将尝试建立与Logstash监听的IP和端口号进行连接。但此时，我们并没有开启并配置Logstash，所以FileBeat是无法连接到Logstash的。

配置Logstash接收FileBeat收集的数据并打印

vim config/filebeat-console.conf
# 配置从FileBeat接收数据
input {
    beats {
      port => 5044
    }
}

output {
    stdout {
      codec => rubydebug
    }
}

测试logstash配置是否正确

bin/logstash -f config/filebeat-console.conf --config.test_and_exit

启动logstash

# reload.automatic：修改配置文件时自动重新加载
bin/logstash -f config/filebeat-console.conf --config.reload.automatic

测试访问tomcat，logstash是否接收到了Filebeat传过来的tomcat日志。

Logstash输出数据到Elasticsearch

如果我们需要将数据输出值ES而不是控制台的话，我们修改Logstash的output配置。

vim config/filebeat-elasticSearch.conf
input {
    beats {
      port => 5044
    }
}

output {
  elasticsearch {
    hosts => ["http://localhost:9200"]
    user => "elastic"
    password => "123456"
  }
  stdout{
    codec => rubydebug
  }
}

启动logstash

bin/logstash -f config/filebeat-elasticSearch.conf --config.reload.automatic

ES中会生成一个以logstash开头的索引，测试日志是否保存到了ES。

思考：日志信息都保证在message字段中，是否可以把日志进行解析一个个的字段？例如：IP字段、时间、请求方式、请求URL、响应结果。

利用Logstash过滤器解析日志

从日志文件中收集到的数据包含了很多有效信息，比如IP、时间等，在Logstash中可以配置过滤器Filter对采集到的数据进行过滤处理，Logstash中有大量的插件可以供我们使用。
查看Logstash已经安装的插件

bin/logstash-plugin list

Grok插件：
Grok是一种将非结构化日志解析为结构化的插件。这个工具非常适合用来解析系统日志、Web服务器日志、MySQL或者是任意其他的日志格式。

https://www.elastic.co/guide/en/logstash/7.17/plugins-filters-grok.html

Grok语法：
Grok是通过模式匹配的方式来识别日志中的数据，可以把Grok插件简单理解为升级版本的正则表达式。它拥有更多的模式，默认Logstash拥有120个模式。如果这些模式不满足我们解析日志的需求，我们可以直接使用正则表达式来进行匹配。
grok模式的语法是：

%{SYNTAX:SEMANTIC}

SYNTAX（语法）指的是Grok模式名称，SEMANTIC（语义）是给模式匹配到的文本字段名。例如：

%{NUMBER:duration} %{IP:client}
# duration表示：匹配一个数字，client表示匹配一个IP地址。

默认在Grok中，所有匹配到的的数据类型都是字符串，如果要转换成int类型（目前只支持int和float），可以这样：%{NUMBER:duration:int} %{IP:client}

常用的Grok模式：

https://help.aliyun.com/document_detail/129387.html

用法：

filter {
  grok {
    match => { "message" => "%{IP:client} %{WORD:method} %{URIPATHPARAM:request} %{NUMBER:bytes} %{NUMBER:duration}" }
  }
}

比如，tomacat日志：

192.168.65.103 - - [23/Jun/2022:22:37:23 +0800] "GET /docs/images/docs-stylesheet.css HTTP/1.1" 200 5780

解析后的字段：

字段名	说明
client IP	浏览器端IP
timestamp	请求的时间戳
method	请求方式（GET/POST）
uri	请求的链接地址
status	服务器端响应状态
length	响应的数据长度

grok模式：

%{IP:ip} - - \[%{HTTPDATE:date}\] \"%{WORD:method} %{PATH:uri} %{DATA:protocol}\" %{INT:status} %{INT:length} 

为了方便测试，我们可以使用Kibana来进行Grok开发：

修改Logstash配置文件：

vim config/filebeat-console.conf

input {
    beats {
      port => 5044
    }
}

filter {
  grok {
    match => { 
    "message" => "%{IP:ip} - - \[%{HTTPDATE:date}\] \"%{WORD:method} %{PATH:uri} %{DATA:protocol}\" %{INT:status:int} %{INT:length:int}" 
    }
}
}

output {
    stdout {
      codec => rubydebug
    }
}

启动logstash测试：

bin/logstash -f config/filebeat-console.conf --config.reload.automatic

使用mutate插件过滤掉不需要的字段：

mutate {
    enable_metric => "false"
    remove_field => ["message", "log", "tags", "input", "agent", "host", "ecs", "@version"]
}

要将日期格式进行转换，我们可以使用Date插件来实现。该插件专门用来解析字段中的日期，官方说明文档：

https://www.elastic.co/guide/en/logstash/7.17/plugins-filters-date.html

用法如下：

将date字段转换为「年月日 时分秒」格式。默认字段经过date插件处理后，会输出到@timestamp字段，所以，我们可以通过修改target属性来重新定义输出字段。

date {
    match => ["date","dd/MMM/yyyy:HH:mm:ss Z","yyyy-MM-dd HH:mm:ss"]
    target => "date"
}

输出到Elasticsearch指定索引

index来指定索引名称，默认输出的index名称为：logstash-%{+yyyy.MM.dd}。但注意，要在index中使用时间格式化，filter的输出必须包含 @timestamp字段，否则将无法解析日期。

output {
  elasticsearch {
    index => "tomcat_web_log_%{+YYYY-MM}"
    hosts => ["http://localhost:9200"]
    user => "elastic"
    password => "123456"
  }
  stdout{
    codec => rubydebug
  }
}

注意：index名称中，不能出现大写字符。
完整的Logstash配置文件：

vim config/filebeat-filter-es.conf

input {
    beats {
    port => 5044
    }
}

filter {
    grok {
    match => { 
    "message" => "%{IP:ip} - - \[%{HTTPDATE:date}\] \"%{WORD:method} %{PATH:uri} %{DATA:protocol}\" %{INT:status:int} %{INT:length:int}" 
    }
}
mutate {
    enable_metric => "false"
    remove_field => ["message", "log", "tags", "input", "agent", "host", "ecs", "@version"]
}
date {
    match => ["date","dd/MMM/yyyy:HH:mm:ss Z","yyyy-MM-dd HH:mm:ss"]
    target => "date"
    }
}

output {
    stdout {
    codec => rubydebug
}
elasticsearch {
    index => "tomcat_web_log_%{+YYYY-MM}"
    hosts => ["http://localhost:9200"]
    user => "elastic"
    password => "123456"
  }
}

启动logstash：

bin/logstash -f config/filebeat-filter-es.conf --config.reload.automatic