ES8生产实践——pod日志采集（EFK方案）

EFK日志采集方案

方案介绍

• 实现目标：k8s集群所有节点container和kubelet服务日志采集、k8s集群所有pod日志采集并对自定义应用日志实现过滤和清洗操作。
• fluent bit采集：相较于fluentd而言，fluent bit更加轻量，且内置了pod日志解析插件和service日志采集功能无需编写复杂的日志处理配置。因此使用daemonset方式在每个节点部署fluent bit容器，可以最大程度减少资源占用。
• fluentd处理：虽然fluent bit足够轻量，但日志解析处理能力弱于fluentd。fluentd支持更多的过滤处理插件，对于常用的数据处理操作，fluentd可以直接通过ruby语法处理，而fluent bit需要开发lua脚本才能实现。
• fluentd集群方案：使用Fluentd充当日志聚合层，接收fluent-bit日志后统一进行处理操作，最后批量写入elasticsearch集群。这样做的好处是当k8s集群规模过大时，避免了过多的fluent-bit连接ES写入数据，导致ES连接资源消耗过高、网络拥堵、连接资源竞争等问题。
• fluent bit+fluentd方案：将日志采集与日志处理拆后分别交由不同的组件负责，最大程度发挥各个组件的优势，使得配置文件更加清晰易读，便于后期维护管理。

架构图

fluent bit部署与配置

参考文档

https://docs.fluentbit.io/manual/installation/kubernetes

开启journal日志持久化

默认情况下fluent-bit通过socket获取journald日志，但如果使用pod运行fluent-bit时无法获取journald日志，需要配置journald参数，改为存储至宿主机本地/var/log/journal目录下，然后pod挂载宿主机/var/log目录进而读取kubelet和container日志。

[root@work1 ~]# vim /etc/systemd/journald.conf
Storage=persistent
[root@work1 ~]# systemctl restart systemd-journald

部署fluent-bit

拉取helm包

[root@master1 ~]# helm repo add fluent https://fluent.github.io/helm-charts
[root@master1 ~]# helm pull fluent/fluent-bit --untar
[root@master1 ~]# cd fluent-bit/
[root@master1 fluent-bit]# ls
Chart.yaml  ci  dashboards  README.md  templates  values.yaml

修改配置

[root@tiaoban fluent-bit]# vim values.yaml
image:
  repository: harbor.local.com/elk/fluentbit # 修改为本地仓库地址
  tag: v2.1.9 # 指定镜像版本

config:
	# 默认未配置文件缓冲，新增文件缓冲配置
  service: |
    [SERVICE]
        Daemon Off
        Flush {{ .Values.flush }}
        Log_Level {{ .Values.logLevel }}
        Parsers_File /fluent-bit/etc/parsers.conf
        Parsers_File /fluent-bit/etc/conf/custom_parsers.conf
        HTTP_Server On
        HTTP_Listen 0.0.0.0
        HTTP_Port {{ .Values.metricsPort }}
        Health_Check On
        storage.path              /var/log/flb-storage/ 
        storage.sync              normal               
        storage.checksum          off	                  
        storage.backlog.mem_limit 5M	
	
  # 默认配置文件只采集pod和kubelet服务日志，新增containerd日志，并排除Fluentd和Fluent-bit日志采集
  inputs: |
    [INPUT]
        Name systemd
        Tag containerd.service
        Systemd_Filter _SYSTEMD_UNIT=containerd.service
        Read_From_Tail On

    [INPUT]
        Name systemd
        Tag kubelet.service
        Systemd_Filter _SYSTEMD_UNIT=kubelet.service
        Read_From_Tail On

    [INPUT]
        Name tail
        Path /var/log/containers/*.log
        Exclude_Path /var/log/containers/fluent-bit*, /var/log/containers/fluentd-*
        multiline.parser docker, cri
        Tag kube.*
        Mem_Buf_Limit 5MB
        Skip_Long_Lines On
  
  # 原始字段中的time值不是标准时间格式，直接写入es会报错，可移除time字段，使用@timestamp标识时间
	filters: |
    [FILTER]
        name        record_modifier
        match       kube.*
        remove_key  time
 
  # 将所有采集到的数据直接转发至后端fluentd服务。
  outputs: |
    [OUTPUT]
        Name forward
        Match *
        Host fluentd.logging.svc
        Port 8888
        storage.total_limit_size 5M

hotReload:
  enabled: true # 按需开启配置热更新
  image:
    repository: harbor.local.com/elk/fluentbit # 修改为本地仓库地址

部署fluent-bit

[root@tiaoban fluent-bit]# kubectl create ns logging
namespace/logging created
[root@tiaoban fluent-bit]# helm install fluent-bit -n logging . -f values.yaml
NAME: fluent-bit
LAST DEPLOYED: Sat Sep 16 14:46:03 2023
NAMESPACE: logging
STATUS: deployed
REVISION: 1
NOTES:
Get Fluent Bit build information by running these commands:

export POD_NAME=$(kubectl get pods --namespace logging -l "app.kubernetes.io/name=fluent-bit,app.kubernetes.io/instance=fluent-bit" -o jsonpath="{.items[0].metadata.name}")
kubectl --namespace logging port-forward $POD_NAME 2020:2020
curl http://127.0.0.1:2020

验证

[root@tiaoban fluent-bit]# kubectl get pod -n logging -o wide
NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
fluent-bit-4z7zj   1/1     Running   0          10m   10.244.1.16    master2   <none>           <none>
fluent-bit-56ff6   1/1     Running   0          10m   10.244.5.170   work1     <none>           <none>
fluent-bit-6lzqr   1/1     Running   0          10m   10.244.2.232   master3   <none>           <none>
fluent-bit-72h7w   1/1     Running   0          10m   10.244.0.29    master1   <none>           <none>
fluent-bit-ttb4x   1/1     Running   0          10m   10.244.3.254   work3     <none>           <none>
fluent-bit-xnrms   1/1     Running   0          10m   10.244.4.12    work2     <none>           <none>

fluentd部署与配置

构建fluentd镜像

由于fluentd镜像未安装elasticsearch、geoip、rewrite-tag-filter插件，如果在pod的init阶段在线安装插件经常会导致拉取超时无法正常启动。因此需要提前构建包含相关插件的fluentd镜像，并上传至harbor仓库中。

[root@tiaoban fluent]# cat Dockerfile 
FROM fluent/fluentd:v1.16.2-debian-1.1
USER root
ADD GeoLite2-City.mmdb /fluentd/GeoLite2-City.mmdb
RUN buildDeps="build-essential libgeoip-dev autoconf automake libtool libffi-dev" \
    && sed -i "s@http://deb.debian.org@http://mirrors.aliyun.com@g" /etc/apt/sources.list \
    && apt-get update \
    && apt-get install -y --no-install-recommends $buildDeps \
    && gem sources --add https://gems.ruby-china.com/ --remove https://rubygems.org/ \
    && fluent-gem install fluent-plugin-elasticsearch fluent-plugin-geoip fluent-plugin-rewrite-tag-filter \
    && apt-get autoclean \
    && gem sources --clear-all \
    && rm -rf /var/lib/apt/lists/* \
    && rm -rf /tmp/* /var/tmp/* /usr/lib/ruby/gems/*/cache/*.gem
[root@tiaoban fluent]# docker build -t harbor.local.com/elk/fluentd:fluentd:v1.16.2 .
[root@tiaoban fluent]# docker push harbor.local.com/elk/fluentd:fluentd:v1.16.2

fluentd部署配置

fluentd使用deployment控制器部署多副本集群，用于接收fluent bit的数据然后写入es的数据流中。

• fluentd-conf.yaml

[root@tiaoban fluentd]# cat fluentd-conf.yaml 
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: fluentd-conf
  namespace: logging
data:
  fluent.conf : |-
    >
      @type forward
      port 8888
      bind 0.0.0.0
    >

    *.service>
      @type elasticsearch
      host elasticsearch-es-http.elk.svc
      port 9200
      default_elasticsearch_version 8
      user elastic
      scheme https
      password 78HOWor95Iiot076O59xq2Am
      ssl_verify false
      data_stream_name logs-${tag}-fluentd
      include_timestamp true
      >
        @type file
        flush_interval 5s
        path /fluentd/buf/service-logs.*
      >
    >

    **>
      @type elasticsearch
      host elasticsearch-es-http.elk.svc
      port 9200
      default_elasticsearch_version 8
      user elastic
      scheme https
      password 78HOWor95Iiot076O59xq2Am
      ssl_verify false
      data_stream_name logs-pod-fluentd
      include_timestamp true
      >
        @type file
        flush_interval 5s
        path /fluentd/buf/pod-logs.*
      >
    >

• fluentd-svc.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: fluentd
  namespace: logging
spec:
  selector:
    app: fluentd
  ports:
  - port: 8888
    targetPort: 8888

• fluentd.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: fluentd
  namespace: logging
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: fluentd
  template:
    metadata:
      labels:
        app: fluentd
    spec:
      containers:
      - name: fluentd
        image: harbor.local.com/elk/fluentd:v1.16.2
        resources:
          limits:
            memory: "128Mi"
            cpu: "500m"
        ports:
        - containerPort: 8888
        volumeMounts:
          - name: fluentd-conf
            mountPath: /fluentd/etc/fluent.conf
            subPath: fluent.conf
      volumes:
        - name: fluentd-conf
          configMap:
            name: fluentd-conf

部署fluentd服务

[root@tiaoban fluentd]# ls
Dockerfile  fluentd-conf.yaml  fluentd-svc.yaml  fluentd.yaml  GeoLite2-City.mmdb
[root@tiaoban fluentd]# kubectl apply -f .
configmap/fluentd-conf created
service/fluentd created
deployment.apps/fluentd created

访问验证

此时查看kibana索引管理，已成功创建了pod、containerd、kubelet日志数据流。

service日志处理

虽然我们已经将service日志存储在了elasticsearch中，但观察发现默认情况下日志内容都在MESSAGE字段中，通常情况下，我们只会关注日志等级为warning和error的日志，因此我们需要对该字段内容做解析处理。

日志内容分析

观察container日志可知，MESSAGE中包含了日志时间、日志等级、日志内容三部分内容

观察kubelet日志，MESSAGE中包含了日志时间、处理函数、日志内容三部分内容

新增service日志处理规则

我们可以通过正则匹配插件实现MESSAGE字段值解析操作，需要注意的是正则匹配时一定是所有字段都包含，否则会因为匹配不到而无法过滤处理操作。

• service-conf.yaml

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: service-conf
  namespace: logging
data:
  service.conf : |
    
      @type parser
      key_name MESSAGE
      reserve_data true
      
        @type regexp
        expression /time="(?[^"]+)" level=(?[^ ]+) msg="(?[^"]+)"/
        time_key time
        time_format %Y-%m-%dT%H:%M:%S.%N%z
      
    

    >
      @type parser
      key_name MESSAGE
      reserve_data true
      >
        @type regexp
        expression /[EI](?>\d{4} \d{2}:\d{2}:\d{2}.\d{6}) +\d* (?>\w*).go:\d*] (?>.*)/
        time_key time
        time_format %m%d %H:%M:%S.%N
        timezone +08:00
      >
    >

    *.service>
      @type elasticsearch_data_stream
      host elasticsearch-es-http.elk.svc
      port 9200
      default_elasticsearch_version 8
      user elastic
      scheme https
      password 78HOWor95Iiot076O59xq2Am
      ssl_verify false
      data_stream_name logs-${tag}-fluentd
      include_timestamp true
      >
        @type file
        path /fluentd/buf/service-logs.*
      >
    >

访问验证

查看containerd服务日志，已成功解析了MESSAGE字段内容，并新增了@timestamp、leve、msg字段

查看kubelet服务日志，同样成功解析了MESSAGE字段内容，并新增了@timestamp、class、message字段

自定义日志解析

需求分析

默认情况下，fluent bit会采集所有pod日志信息，并自动添加namespace、pod、container等信息，所有日志内容存储在log字段中。
以log-demo应为日志为例，将所有日志内容存储到log字段下无法很好的解析日志内容，因此需要编写fluentd解析规则，实现日志内容解析。

新增自定义日志处理规则

使用rewrite_tag_filter插件，匹配到container_name字段值为log-demo的事件时，新增myapp.log标签，接下来对myapp.log标签的事件进一步做解析处理操作。

• myapp-conf.yaml

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: myapp-conf
  namespace: logging
data:
  myapp.conf : |
    
      @type rewrite_tag_filter
      
        key $.kubernetes.container_name
        pattern log-demo
        tag myapp.log
      
    

    >
      @type parser
      key_name log
      >
        @type regexp
        expression /^(?>[^|]+) \| (?>[A-Z]*) *\| __main__:(?>\D*:\d*) - (?>.*)$/
        time_key logtime
        time_format %Y-%m-%d %H:%M:%S.%L
      >
    >

    >
      @type record_transformer
      enable_ruby
      >
        content ${record["content"].gsub("'", '"')}
      >
    >

    >
      @type parser
      key_name content
      >
        @type json
      >
    >

    >
      @type geoip
      geoip_lookup_keys remote_address
      geoip2_database /fluentd/GeoLite2-City.mmdb
      backend_library geoip2_c
      >
        geoip_city            ${city.names.en["remote_address"]}
        geoip_latitude        ${location.latitude["remote_address"]}
        geoip_longitude       ${location.longitude["remote_address"]}
        geoip_country         ${country.iso_code["remote_address"]}
        geoip_country_name    ${country.names.en["remote_address"]}
        geoip_postal_code     ${postal.code["remote_address"]}
        geoip_region_name     ${subdivisions.0.names.en["remote_address"]}
      >
    >

    >
      @type elasticsearch_data_stream
      host elasticsearch-es-http.elk.svc
      port 9200
      default_elasticsearch_version 8
      user elastic
      scheme https
      password 78HOWor95Iiot076O59xq2Am
      ssl_verify false
      data_stream_name logs-myapp-default
      include_timestamp true
      >
        @type file
        flush_interval 5s
        path /fluentd/buf/myapp-logs.*
      >
    > 

访问验证

查看kibana索引信息，已成功创建名为logs-myapp-default的数据流。

查看logs-myapp-default字段信息，已成功解析了日志内容。

完整资源清单

本实验案例所有yaml文件已上传至git仓库。访问地址如下：

github

https://github.com/cuiliang0302/blog-demo

gitee

https://gitee.com/cuiliang0302/blog_demo

参考文档

fluent bit转发事件至fluentd：https://docs.fluentbit.io/manual/pipeline/outputs/forward
构建自定义fluentd镜像：https://github.com/fluent/fluentd-docker-image#31-for-current-images
fluentd重写事件tag：https://docs.fluentd.org/output/rewrite_tag_filter

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