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Entdecken Sie die Metrikerfassung mit Prometheus und Grafana. Erfahren Sie, wie Sie Anwendungen und Infrastruktur mit diesen leistungsstarken Open-Source-Tools effektiv überwachen können.

Metrikerfassung: Ein umfassender Leitfaden mit Prometheus und Grafana

In der heutigen komplexen IT-Landschaft ist effektives Monitoring entscheidend für die Aufrechterhaltung der Gesundheit und Leistung von Anwendungen und Infrastrukturen. Die Metrikerfassung bildet die Grundlage für dieses Monitoring und ermöglicht es Ihnen, wichtige Leistungsindikatoren (KPIs) zu verfolgen, potenzielle Probleme zu identifizieren und die Ressourcennutzung zu optimieren. Dieser umfassende Leitfaden wird untersuchen, wie Prometheus und Grafana, zwei leistungsstarke Open-Source-Tools, für eine robuste Metrikerfassung und -visualisierung genutzt werden können.

Was ist Metrikerfassung?

Die Metrikerfassung umfasst das Sammeln numerischer Daten, die den Zustand und das Verhalten verschiedener Systeme, Anwendungen und Infrastrukturkomponenten im Zeitverlauf darstellen. Diese Metriken können CPU-Auslastung, Speicherverbrauch, Netzwerkverkehr, Antwortzeiten, Fehlerraten und viele andere relevante Indikatoren umfassen. Durch die Analyse dieser Metriken können Sie wertvolle Einblicke in die Leistung und den Zustand Ihrer Umgebung gewinnen.

Warum ist Metrikerfassung wichtig?

Prometheus und Grafana im Überblick

Prometheus ist ein Open-Source-Toolkit für die Systemüberwachung und -alarmierung, das ursprünglich bei SoundCloud entwickelt wurde. Es zeichnet sich durch das Sammeln und Speichern von Zeitreihendaten aus, d.h. Daten, die nach Zeitstempeln indiziert sind. Prometheus verwendet ein Pull-basiertes Modell, um Metriken von Zielen (z.B. Servern, Anwendungen) in regelmäßigen Abständen abzurufen (zu "scrapen"). Es bietet eine leistungsstarke Abfragesprache (PromQL) zur Analyse der gesammelten Daten und zur Definition von Alarmregeln.

Grafana ist eine Open-Source-Plattform für Datenvisualisierung und -monitoring. Sie ermöglicht es Ihnen, interaktive Dashboards und Grafiken zu erstellen, um Daten aus verschiedenen Quellen, einschließlich Prometheus, zu visualisieren. Grafana bietet eine Vielzahl von Visualisierungsoptionen, darunter Diagramme, Charts, Tabellen und Messinstrumente. Es unterstützt auch die Alarmierung, sodass Sie Benachrichtigungen erhalten können, wenn bestimmte Schwellenwerte überschritten werden.

Zusammen bilden Prometheus und Grafana eine leistungsstarke und flexible Monitoring-Lösung, die an eine Vielzahl von Umgebungen und Anwendungsfällen angepasst werden kann. Sie werden weltweit intensiv in DevOps- und SRE-Praktiken (Site Reliability Engineering) eingesetzt.

Prometheus: Architektur und Konzepte

Das Verständnis der Kernkomponenten von Prometheus ist für eine effektive Implementierung und Nutzung unerlässlich:

Prometheus-Workflow

  1. Ziele (Anwendungen, Server usw.) stellen Metriken bereit. Diese Metriken werden in der Regel über einen HTTP-Endpunkt bereitgestellt.
  2. Der Prometheus-Server ruft Metriken von konfigurierten Zielen ab. Er zieht Metriken regelmäßig von diesen Endpunkten.
  3. Prometheus speichert die abgerufenen Metriken in seiner Zeitreihendatenbank.
  4. Benutzer fragen die Metriken mit PromQL ab. Dies ermöglicht ihnen, die Daten zu analysieren und Diagramme und Dashboards zu erstellen.
  5. Alarmregeln werden basierend auf den gespeicherten Metriken ausgewertet. Wenn eine Regelbedingung erfüllt ist, wird ein Alarm ausgelöst.
  6. Der Alertmanager behandelt die ausgelösten Alarme. Er dedupliziert, gruppiert und leitet sie an die entsprechenden Benachrichtigungskanäle weiter.

Grafana: Architektur und Konzepte

Grafana ergänzt Prometheus, indem es eine benutzerfreundliche Oberfläche zur Visualisierung und Analyse der gesammelten Metriken bietet:

Grafana-Workflow

  1. Datenquellen konfigurieren: Verbinden Sie Grafana mit Ihrem Prometheus-Server.
  2. Dashboards erstellen: Gestalten Sie Dashboards, um Ihre Metriken zu visualisieren.
  3. Panels zu Dashboards hinzufügen: Fügen Sie Panels hinzu, um bestimmte Datenpunkte von Prometheus mit PromQL-Abfragen anzuzeigen.
  4. Alarmierung konfigurieren (Optional): Richten Sie Alarmregeln in Grafana ein, um Benachrichtigungen basierend auf spezifischen Metrikschwellen zu erhalten.
  5. Dashboards teilen: Teilen Sie Dashboards mit Ihrem Team, um bei Monitoring und Analyse zusammenzuarbeiten.

Prometheus und Grafana einrichten

Dieser Abschnitt bietet eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Einrichtung von Prometheus und Grafana.

Prometheus installieren

1. Prometheus herunterladen:

Laden Sie die neueste Version von Prometheus von der offiziellen Website herunter: https://prometheus.io/download/. Wählen Sie das passende Paket für Ihr Betriebssystem (z.B. Linux, Windows, macOS).

2. Archiv entpacken:

Entpacken Sie das heruntergeladene Archiv in ein Verzeichnis Ihrer Wahl.

3. Prometheus konfigurieren:

Erstellen Sie eine Konfigurationsdatei mit dem Namen `prometheus.yml`. Diese Datei definiert die Ziele, die Prometheus abrufen wird, sowie andere Konfigurationsoptionen. Eine grundlegende Konfiguration könnte so aussehen:


global:
  scrape_interval:     15s
  evaluation_interval: 15s

scrape_configs:
  - job_name: 'prometheus'
    static_configs:
      - targets: ['localhost:9090']

  - job_name: 'node_exporter'
    static_configs:
      - targets: ['localhost:9100']

Diese Konfiguration definiert zwei Abruf-Jobs: einen für Prometheus selbst (zum Abrufen seiner eigenen Metriken) und einen für einen node_exporter, der auf localhost Port 9100 läuft. Das `scrape_interval` gibt an, wie oft Prometheus die Ziele abrufen wird.

4. Prometheus starten:

Führen Sie die Prometheus-Executable aus dem Verzeichnis aus, in das Sie das Archiv entpackt haben:

./prometheus --config.file=prometheus.yml

Prometheus startet standardmäßig und lauscht auf Port 9090. Sie können die Prometheus-Weboberfläche in Ihrem Browser unter http://localhost:9090 aufrufen.

Grafana installieren

1. Grafana herunterladen:

Laden Sie die neueste Version von Grafana von der offiziellen Website herunter: https://grafana.com/grafana/download. Wählen Sie das passende Paket für Ihr Betriebssystem.

2. Grafana installieren:

Befolgen Sie die Installationsanweisungen für Ihr Betriebssystem. Zum Beispiel unter Debian/Ubuntu:


sudo apt-get update
sudo apt-get install -y apt-transport-https
sudo apt-get install -y software-properties-common wget
wget -q -O - https://packages.grafana.com/gpg.key | sudo apt-key add -
echo "deb https://packages.grafana.com/oss/deb stable main" | sudo tee -a /etc/apt/sources.list.d/grafana.list
sudo apt-get update
sudo apt-get install grafana

3. Grafana starten:

Starten Sie den Grafana-Dienst:

sudo systemctl start grafana-server

4. Auf Grafana zugreifen:

Grafana startet standardmäßig und lauscht auf Port 3000. Sie können die Grafana-Weboberfläche in Ihrem Browser unter http://localhost:3000 aufrufen.

Der Standard-Benutzername und das Passwort sind `admin` und `admin`. Sie werden beim ersten Login aufgefordert, das Passwort zu ändern.

Grafana mit Prometheus verbinden

Um Metriken von Prometheus in Grafana zu visualisieren, müssen Sie Prometheus als Datenquelle in Grafana konfigurieren.

1. Datenquelle hinzufügen:

Navigieren Sie in der Grafana-Weboberfläche zu Configuration > Data Sources und klicken Sie auf Add data source.

2. Prometheus auswählen:

Wählen Sie Prometheus als Datenquellentyp.

3. Prometheus-Verbindung konfigurieren:

Geben Sie die URL Ihres Prometheus-Servers ein (z.B. `http://localhost:9090`). Konfigurieren Sie bei Bedarf weitere Optionen (z.B. Authentifizierung).

4. Speichern und Testen:

Klicken Sie auf Save & Test, um zu überprüfen, ob Grafana erfolgreich eine Verbindung zu Prometheus herstellen kann.

Dashboards in Grafana erstellen

Sobald Sie Grafana mit Prometheus verbunden haben, können Sie Dashboards erstellen, um Ihre Metriken zu visualisieren.

1. Neues Dashboard erstellen:

Klicken Sie in der Grafana-Weboberfläche auf das +-Symbol in der Seitenleiste und wählen Sie Dashboard.

2. Panel hinzufügen:

Klicken Sie auf Add an empty panel, um dem Dashboard ein neues Panel hinzuzufügen.

3. Panel konfigurieren:


rate(process_cpu_seconds_total{job="node_exporter"}[5m])

Diese Abfrage berechnet die Änderungsrate der von Prozessen verbrauchten CPU-Zeit, die vom node_exporter über ein 5-minütiges Intervall gesammelt wurde.

4. Dashboard speichern:

Klicken Sie auf das Speichern-Symbol, um das Dashboard zu speichern.

PromQL: Die Prometheus-Abfragesprache

PromQL ist eine leistungsstarke Abfragesprache, die zum Abrufen und Bearbeiten von in Prometheus gespeicherten Metriken verwendet wird. Sie ermöglicht Ihnen eine Vielzahl von Operationen, darunter:

PromQL-Beispiele


rate(process_cpu_seconds_total{job="node_exporter"}[5m])


node_memory_MemTotal_bytes - node_memory_MemAvailable_bytes


(node_filesystem_size_bytes{mountpoint="/"} - node_filesystem_free_bytes{mountpoint="/"}) / node_filesystem_size_bytes{mountpoint="/"} * 100


rate(http_requests_total[5m])

Das Erlernen von PromQL ist entscheidend für die effektive Nutzung von Prometheus und Grafana. Eine umfassende Anleitung zur Sprache finden Sie in der Prometheus-Dokumentation.

Alarmierung mit Prometheus und Alertmanager

Prometheus bietet ein robustes Alarmsystem, das es Ihnen ermöglicht, Regeln basierend auf Metrikwerten zu definieren. Wenn eine Regelbedingung erfüllt ist, wird ein Alarm ausgelöst, und der Alertmanager übernimmt den Benachrichtigungsprozess.

Alarmregeln definieren

Alarmregeln werden in der Konfigurationsdatei `prometheus.yml` definiert. Hier ist ein Beispiel für eine Alarmregel, die ausgelöst wird, wenn die CPU-Auslastung 80% überschreitet:


rule_files:
  - "rules.yml"

Legen Sie dann in einer Datei namens `rules.yml` Regeln wie diese ab:


groups:
- name: example
  rules:
  - alert: HighCPUUsage
    expr: rate(process_cpu_seconds_total{job="node_exporter"}[5m]) > 0.8
    for: 1m
    labels:
      severity: critical
    annotations:
      summary: "Hohe CPU-Auslastung erkannt"
      description: "Die CPU-Auslastung auf {{ $labels.instance }} liegt über 80%"

Erklärung:

Alertmanager konfigurieren

Der Alertmanager übernimmt das Routing und die Benachrichtigung von Alarmen. Sie müssen den Alertmanager konfigurieren, um festzulegen, wohin Alarme gesendet werden sollen (z.B. E-Mail, Slack, PagerDuty). Ausführliche Konfigurationsanweisungen finden Sie in der Alertmanager-Dokumentation.

Eine minimale `alertmanager.yml`-Konfiguration könnte so aussehen:


global:
  resolve_timeout: 5m

route:
  group_by: ['alertname']
  group_wait: 30s
  group_interval: 5m
  repeat_interval: 12h
  receiver: 'web.hook'

receivers:
- name: 'web.hook'
  webhook_configs:
  - url: 'http://localhost:8080/'

Diese Konfiguration sendet Alarme an einen Webhook auf localhost Port 8080. Sie können den `receivers`-Abschnitt anpassen, um stattdessen Dienste wie Slack oder E-Mail zu verwenden.

Praktische Beispiele und Anwendungsfälle

Prometheus und Grafana können zur Überwachung einer Vielzahl von Anwendungen und Infrastrukturkomponenten eingesetzt werden. Hier sind einige praktische Beispiele:

Beispiel: Monitoring einer Microservices-Architektur

In einer Microservices-Architektur können Prometheus und Grafana verwendet werden, um den Zustand und die Leistung einzelner Dienste sowie des Gesamtsystems zu überwachen. Jeder Dienst kann seine eigenen Metriken bereitstellen, wie z.B. Anfrageraten, Antwortzeiten und Fehlerraten. Prometheus kann diese Metriken dann abrufen, und Grafana kann zur Visualisierung verwendet werden. Dies ermöglicht es Ihnen, Leistungsengpässe oder Ausfälle in bestimmten Diensten schnell zu identifizieren.

Fortgeschrittene Techniken und Best Practices

Um das Beste aus Prometheus und Grafana herauszuholen, sollten Sie die folgenden fortgeschrittenen Techniken und Best Practices berücksichtigen:

Häufige Probleme beheben

Selbst bei sorgfältiger Planung und Implementierung können bei der Verwendung von Prometheus und Grafana Probleme auftreten. Hier sind einige häufige Probleme und deren Lösungen:

Alternative Monitoring-Lösungen

Obwohl Prometheus und Grafana leistungsstarke Tools sind, sind sie nicht die einzigen Optionen für die Metrikerfassung und -visualisierung. Andere beliebte Monitoring-Lösungen umfassen:

Die beste Monitoring-Lösung für Ihre Organisation hängt von Ihren spezifischen Anforderungen und Ihrem Budget ab.

Fazit

Die Metrikerfassung ist unerlässlich für die Aufrechterhaltung der Gesundheit und Leistung von Anwendungen und Infrastruktur. Prometheus und Grafana bieten eine leistungsstarke und flexible Open-Source-Lösung für das Sammeln, Speichern und Visualisieren von Metriken. Indem Sie die Kernkonzepte verstehen und die in diesem Leitfaden beschriebenen Best Practices befolgen, können Sie Prometheus und Grafana nutzen, um ein robustes Monitoring-System aufzubauen, das den Anforderungen Ihrer Organisation entspricht.

Effektives Monitoring, gekoppelt mit proaktiver Alarmierung und schneller Incident-Response, ist ein Eckpfeiler moderner IT-Operationen. Der Einsatz von Tools wie Prometheus und Grafana ermöglicht es Organisationen, ihren Benutzern zuverlässige und leistungsstarke Dienste zu liefern, unabhängig von ihrem Standort oder ihrer Branche.