איסוף מדדים: מדריך מקיף עם Prometheus ו-Grafana

בנוף ה-IT המורכב של ימינו, ניטור יעיל הוא חיוני לשמירה על תקינות וביצועי יישומים ותשתיות. איסוף מדדים מספק את הבסיס לניטור זה, ומאפשר לך לעקוב אחר מדדי ביצועים מרכזיים (KPI), לזהות בעיות פוטנציאליות ולבצע אופטימיזציה של ניצול המשאבים. מדריך מקיף זה יבחן כיצד למנף את Prometheus ו-Grafana, שני כלים רבי עוצמה בקוד פתוח, לאיסוף והדמיה חזקים של מדדים.

מהו איסוף מדדים?

איסוף מדדים כולל איסוף נתונים מספריים המייצגים את המצב וההתנהגות של מערכות, יישומים ורכיבי תשתית שונים לאורך זמן. מדדים אלה יכולים לכלול ניצול CPU, צריכת זיכרון, תעבורת רשת, זמני תגובה, שיעורי שגיאות ומדדים רלוונטיים רבים אחרים. על ידי ניתוח מדדים אלה, תוכל לקבל תובנות חשובות לגבי הביצועים והתקינות של הסביבה שלך.

מדוע איסוף מדדים חשוב?

• זיהוי בעיות יזום: זיהוי בעיות פוטנציאליות לפני שהן משפיעות על משתמשים.
• אופטימיזציה של ביצועים: איתור צווארי בקבוק ותחומים לשיפור.
• תכנון קיבולת: חיזוי צורכי משאבים עתידיים בהתבסס על מגמות היסטוריות.
• ניטור הסכם רמת שירות (SLA): הבטחת עמידה ביעדי ביצועים.
• פתרון בעיות וניתוח שורש הבעיה: אבחון ופתרון בעיות במהירות.

מבוא ל-Prometheus ו-Grafana

Prometheus היא ערכת כלים בקוד פתוח לניטור והתראה של מערכות, שפותחה במקור ב-SoundCloud. היא מצטיינת באיסוף ואחסון נתוני סדרות זמן, שהם נתונים המאונדקסים לפי חותמות זמן. Prometheus משתמשת במודל מבוסס משיכה כדי לגרד מדדים מיעדים (לדוגמה, שרתים, יישומים) במרווחי זמן קבועים. היא מציעה שפת שאילתות עוצמתית (PromQL) לניתוח הנתונים שנאספו ולהגדרת כללי התראה.

Grafana היא פלטפורמה בקוד פתוח להדמיית נתונים וניטור. היא מאפשרת לך ליצור לוחות מחוונים וגרפים אינטראקטיביים כדי להמחיש נתונים ממקורות שונים, כולל Prometheus. Grafana מספקת סט עשיר של אפשרויות הדמיה, כולל גרפים, תרשימים, טבלאות ומדידים. היא תומכת גם בהתראות, ומאפשרת לך לקבל התראות כאשר חריגים מסוימים מופרים.

יחד, Prometheus ו-Grafana יוצרים פתרון ניטור עוצמתי וגמיש שניתן להתאים למגוון רחב של סביבות ומקרי שימוש. הם נמצאים בשימוש נרחב בפרקטיקות DevOps ו-SRE (Site Reliability Engineering) ברחבי העולם.

ארכיטקטורה ומושגים של Prometheus

הבנת רכיבי הליבה של Prometheus חיונית ליישום וניצול יעילים:

• שרת Prometheus: רכיב הליבה האחראי על גירוד, אחסון ושאילתת מדדים.
• גילוי שירות: גילוי אוטומטי של יעדים לניטור בהתבסס על תצורה או שילובים עם פלטפורמות כמו Kubernetes.
• יצואנים: סוכנים החושפים מדדים בפורמט ש-Prometheus יכולה להבין. דוגמאות כוללות node_exporter (עבור מדדי מערכת) ויצואנים שונים ספציפיים ליישומים.
• Pushgateway (אופציונלי): מאפשר למשרות קצרות מועד לדחוף מדדים ל-Prometheus. זה שימושי עבור משרות אצווה שאולי לא פועלות ברציפות.
• Alertmanager: מטפל בהתראות שנוצרו על ידי Prometheus בהתבסס על כללים מוגדרים. הוא יכול לנתב התראות לערוצי התראה שונים, כגון דוא"ל, Slack או PagerDuty.
• PromQL: שפת השאילתות של Prometheus המשמשת לשאילתה וניתוח של המדדים שנאספו.

תהליך עבודה של Prometheus

1. יעדים (יישומים, שרתים וכו') חושפים מדדים. מדדים אלה נחשפים בדרך כלל באמצעות נקודת קצה HTTP.
2. שרת Prometheus מגרד מדדים מיעדים מוגדרים. הוא מושך מדדים מנקודות קצה אלה מעת לעת.
3. Prometheus מאחסנת את המדדים המגורדים במסד הנתונים של סדרות הזמן שלה.
4. משתמשים שואלים את המדדים באמצעות PromQL. זה מאפשר להם לנתח את הנתונים וליצור גרפים ולוחות מחוונים.
5. כללי התראה מוערכים בהתבסס על המדדים המאוחסנים. אם תנאי כלל מתקיים, מופעלת התראה.
6. Alertmanager מטפל בהתראות המופעלות. הוא מבטל כפילויות, מקבץ ומנתב אותם לערוצי ההתראה המתאימים.

ארכיטקטורה ומושגים של Grafana

Grafana משלימה את Prometheus על ידי מתן ממשק ידידותי למשתמש להדמיה וניתוח של המדדים שנאספו:

• מקורות נתונים: חיבורים למקורות נתונים שונים, כולל Prometheus, Graphite, InfluxDB ואחרים.
• לוחות מחוונים: אוספים של פאנלים המציגים נתונים בפורמטים שונים (גרפים, תרשימים, טבלאות וכו').
• פאנלים: הדמיות בודדות המציגות נתונים ממקור נתונים ספציפי באמצעות שאילתה ספציפית.
• התראה: ל-Grafana יש גם יכולות התראה מובנות, המאפשרות לך להגדיר התראות בהתבסס על הנתונים המוצגים בלוחות המחוונים שלך. התראות אלה יכולות להשתמש ב-Prometheus כמקור הנתונים ולמנף את PromQL ללוגיקת התראה מורכבת.
• ארגונים וצוותים: Grafana תומכת בארגונים וצוותים, ומאפשרת לך לנהל גישה והרשאות ללוחות מחוונים ומקורות נתונים.

תהליך עבודה של Grafana

1. הגדרת מקורות נתונים: חבר את Grafana לשרת Prometheus שלך.
2. יצירת לוחות מחוונים: תכנן לוחות מחוונים כדי להמחיש את המדדים שלך.
3. הוספת פאנלים ללוחות מחוונים: הוסף פאנלים כדי להציג נקודות נתונים ספציפיות מ-Prometheus באמצעות שאילתות PromQL.
4. הגדרת התראה (אופציונלי): הגדר כללי התראה בתוך Grafana כדי לקבל התראות בהתבסס על ספי מדדים ספציפיים.
5. שיתוף לוחות מחוונים: שתף לוחות מחוונים עם הצוות שלך כדי לשתף פעולה בניטור וניתוח.

הגדרת Prometheus ו-Grafana

סעיף זה מספק מדריך שלב אחר שלב להגדרת Prometheus ו-Grafana.

התקנת Prometheus

1. הורדת Prometheus:

הורד את הגרסה העדכנית ביותר של Prometheus מהאתר הרשמי: https://prometheus.io/download/. בחר את החבילה המתאימה למערכת ההפעלה שלך (לדוגמה, Linux, Windows, macOS).

2. חילוץ הארכיון:

חלץ את הארכיון שהורדת לספרייה לבחירתך.

3. הגדרת Prometheus:

צור קובץ תצורה `prometheus.yml`. קובץ זה מגדיר את היעדים ש-Prometheus יגרד ואפשרויות תצורה אחרות. תצורה בסיסית עשויה להיראות כך:

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']

תצורה זו מגדירה שתי משרות גירוד: אחת עבור Prometheus עצמה (גירוד המדדים שלה) ואחת עבור node_exporter הפועלת ביציאה 9100 במארח המקומי. ה-`scrape_interval` מציין באיזו תדירות Prometheus תגרד את היעדים.

4. הפעלת Prometheus:

הפעל את קובץ ההפעלה של Prometheus מהספרייה שבה חילצת את הארכיון:

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

              
                Copy
              
            
          

Prometheus תתחיל להאזין ביציאה 9090 כברירת מחדל. אתה יכול לגשת לממשק האינטרנט של Prometheus בדפדפן שלך בכתובת http://localhost:9090.

התקנת Grafana

1. הורדת Grafana:

הורד את הגרסה העדכנית ביותר של Grafana מהאתר הרשמי: https://grafana.com/grafana/download. בחר את החבילה המתאימה למערכת ההפעלה שלך.

2. התקנת Grafana:

פעל לפי הוראות ההתקנה עבור מערכת ההפעלה שלך. לדוגמה, ב-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

            

              
                Copy
              
            
          

3. הפעלת Grafana:

הפעל את שירות Grafana:

            sudo systemctl start grafana-server
            

              
                Copy
              
            
          

4. גישה ל-Grafana:

Grafana תתחיל להאזין ביציאה 3000 כברירת מחדל. אתה יכול לגשת לממשק האינטרנט של Grafana בדפדפן שלך בכתובת http://localhost:3000.

שם המשתמש והסיסמה המוגדרים כברירת מחדל הם `admin` ו-`admin`. תתבקש לשנות את הסיסמה בכניסה הראשונה.

חיבור Grafana ל-Prometheus

כדי להמחיש מדדים מ-Prometheus ב-Grafana, עליך להגדיר את Prometheus כמקור נתונים ב-Grafana.

1. הוספת מקור נתונים:

בממשק האינטרנט של Grafana, נווט אל תצורה > מקורות נתונים ולחץ על הוספת מקור נתונים.

2. בחירת Prometheus:

בחר Prometheus כסוג מקור הנתונים.

3. הגדרת חיבור Prometheus:

הזן את כתובת האתר של שרת Prometheus שלך (לדוגמה, `http://localhost:9090`). הגדר אפשרויות אחרות כנדרש (לדוגמה, אימות).

4. שמירה ובדיקה:

לחץ על שמירה ובדיקה כדי לוודא ש-Grafana יכולה להתחבר בהצלחה ל-Prometheus.

יצירת לוחות מחוונים ב-Grafana

לאחר שחיברת את Grafana ל-Prometheus, תוכל ליצור לוחות מחוונים כדי להמחיש את המדדים שלך.

1. יצירת לוח מחוונים חדש:

בממשק האינטרנט של Grafana, לחץ על סמל ה-+ בסרגל הצד ובחר לוח מחוונים.

2. הוספת פאנל:

לחץ על הוספת פאנל ריק כדי להוסיף פאנל חדש ללוח המחוונים.

3. הגדרת הפאנל:

• בחירת מקור נתונים: בחר את מקור הנתונים של Prometheus שהגדרת קודם לכן.
• הזנת שאילתת PromQL: הזן שאילתת PromQL כדי לאחזר את המדד שברצונך להמחיש. לדוגמה, כדי להציג ניצול CPU, תוכל להשתמש בשאילתה הבאה:

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

            

              
                Copy
              
            
          

שאילתה זו מחשבת את קצב השינוי של זמן ה-CPU המשמש תהליכים שנאספו על ידי node_exporter במרווח של 5 דקות.

• הגדרת אפשרויות הדמיה: בחר את סוג ההדמיה (לדוגמה, גרף, מד, טבלה) והגדר אפשרויות אחרות כנדרש (לדוגמה, תוויות ציר, צבעים).

4. שמירת לוח המחוונים:

לחץ על סמל השמירה כדי לשמור את לוח המחוונים.

PromQL: שפת השאילתות של Prometheus

PromQL היא שפת שאילתות עוצמתית המשמשת לאחזור ולשינוי מדדים המאוחסנים ב-Prometheus. היא מאפשרת לך לבצע מגוון רחב של פעולות, כולל:

• סינון: בחירת מדדים בהתבסס על תוויות.
• צבירה: חישוב ערכי צבירה (לדוגמה, סכום, ממוצע, מקסימום) על פני טווחי זמן או על פני מופעים מרובים.
• חישוב קצב: חישוב קצב השינוי של מדדי מונה.
• פעולות אריתמטיות: ביצוע פעולות אריתמטיות על מדדים (לדוגמה, חיבור, חיסור, כפל).
• פונקציות סדרות זמן: החלת פונקציות על נתוני סדרות זמן (לדוגמה, ממוצע נע, החלקה).

דוגמאות ל-PromQL

• ניצול CPU:

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

            

              
                Copy
              
            
          

• שימוש בזיכרון:

            
node_memory_MemTotal_bytes - node_memory_MemAvailable_bytes

            

              
                Copy
              
            
          

• שימוש בשטח דיסק:

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

            

              
                Copy
              
            
          

• קצב בקשות HTTP:

            
rate(http_requests_total[5m])

            

              
                Copy
              
            
          

לימוד PromQL חיוני לשימוש יעיל ב-Prometheus וב-Grafana. עיין בתיעוד של Prometheus לקבלת מדריך מקיף לשפה.

התראה עם Prometheus ו-Alertmanager

Prometheus מספקת מערכת התראה חזקה המאפשרת לך להגדיר כללים בהתבסס על ערכי מדדים. כאשר תנאי כלל מתקיים, מופעלת התראה, ו-Alertmanager מטפל בתהליך ההתראה.

הגדרת כללי התראה

כללי התראה מוגדרים בקובץ התצורה `prometheus.yml`. הנה דוגמה לכלל התראה המופעל כאשר ניצול CPU עולה על 80%:

            
rule_files:
  - "rules.yml"

            

              
                Copy
              
            
          

לאחר מכן, בקובץ בשם `rules.yml`, מקם כללים כאלה:

            
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: "High CPU usage detected"
      description: "CPU usage is above 80% on {{ $labels.instance }}"

            

              
                Copy
              
            
          

הסבר:

• alert: שם ההתראה.
• expr: ביטוי ה-PromQL המגדיר את תנאי ההתראה.
• for: משך הזמן שבו התנאי חייב להיות נכון לפני שההתראה מופעלת.
• labels: תוויות המצורפות להתראה.
• annotations: הערות המספקות מידע נוסף על ההתראה, כגון סיכום ותיאור.

הגדרת Alertmanager

Alertmanager מטפל בניווט והתראה של התראות. עליך להגדיר את Alertmanager כדי לציין לאן יש לשלוח התראות (לדוגמה, דוא"ל, Slack, PagerDuty). עיין בתיעוד של Alertmanager לקבלת הוראות תצורה מפורטות.

תצורה מינימלית של `alertmanager.yml` עשויה להיראות כך:

            
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/'

            

              
                Copy
              
            
          

תצורה זו שולחת התראות ל-webhook ביציאה 8080 במארח המקומי. אתה יכול להתאים אישית את סעיף ה-`receivers` כדי להשתמש בשירותים כמו Slack או דוא"ל במקום זאת.

דוגמאות מעשיות ומקרי שימוש

ניתן להשתמש ב-Prometheus וב-Grafana לניטור מגוון רחב של יישומים ורכיבי תשתית. הנה כמה דוגמאות מעשיות:

• ניטור שרת אינטרנט: ניטור קצבי בקשות HTTP, זמני תגובה ושיעורי שגיאות כדי להבטיח ביצועים מיטביים של שרת האינטרנט.
• ניטור מסד נתונים: מעקב אחר שימוש במאגר חיבורים למסד נתונים, זמני ביצוע שאילתות ושאילתות איטיות כדי לזהות צווארי בקבוק במסד הנתונים.
• ניטור Kubernetes: ניטור התקינות והביצועים של אשכולות Kubernetes, כולל ניצול משאבים של pods וצמתים.
• ניטור יישומים: איסוף מדדים מותאמים אישית מהיישומים שלך כדי לעקוב אחר מדדי ביצועים מרכזיים (KPI) ספציפיים לעסק ולזהות בעיות ברמת היישום.
• ניטור רשת: מעקב אחר תעבורת רשת, זמן אחזור ואובדן מנות כדי לזהות צווארי בקבוק ברשת ובעיות ביצועים.
• ניטור תשתית ענן: ניטור הביצועים והזמינות של משאבי ענן, כגון מכונות וירטואליות, אחסון ומסדי נתונים. זה רלוונטי במיוחד עבור סביבות AWS, Azure ו-Google Cloud, שלכולן שילובים עם Prometheus ו-Grafana.

דוגמה: ניטור ארכיטקטורת מיקרו-שירותים

בארכיטקטורת מיקרו-שירותים, ניתן להשתמש ב-Prometheus וב-Grafana לניטור התקינות והביצועים של שירותים בודדים, כמו גם של המערכת הכוללת. כל שירות יכול לחשוף מדדים משלו, כגון קצבי בקשות, זמני תגובה ושיעורי שגיאות. לאחר מכן Prometheus יכולה לגרד את המדדים האלה וניתן להשתמש ב-Grafana כדי להמחיש אותם. זה מאפשר לך לזהות במהירות צווארי בקבוק ביצועים או כשלים בשירותים ספציפיים.

טכניקות מתקדמות ושיטות עבודה מומלצות

כדי להפיק את המרב מ-Prometheus ומ-Grafana, שקול את הטכניקות המתקדמות ושיטות העבודה המומלצות הבאות:

• שימוש בתוויות משמעותיות: השתמש בתוויות כדי להוסיף הקשר למדדים שלך. זה מקל על סינון וצבירת נתונים. לדוגמה, השתמש בתוויות כדי לזהות את השירות, הסביבה והמופע שאליהם משויך מדד.
• ניטור מדדי ביצועים מרכזיים (KPI): התמקד בניטור המדדים הקריטיים ביותר לעסק שלך. זה מאפשר לך לזהות ולטפל במהירות בבעיות שיש להן את ההשפעה הגדולה ביותר.
• הגדרת ספי התראה מתאימים: הגדר ספי התראה המתאימים לסביבה שלך. הימנע מהגדרת ספים רגישים מדי, מכיוון שהדבר עלול להוביל לעייפות התראה.
• שימוש יעיל בלוחות מחוונים: תכנן לוחות מחוונים שקל להבין ולספק תובנות ניתנות לפעולה. השתמש בתוויות והדמיות ברורות ותמציתיות.
• אוטומציה של פריסה ותצורה: אוטומציה של הפריסה והתצורה של Prometheus ו-Grafana באמצעות כלים כמו Ansible, Terraform או Kubernetes.
• אבטחת מופעי Prometheus ו-Grafana שלך: אבטח את מופעי Prometheus ו-Grafana שלך כדי למנוע גישה בלתי מורשית. השתמש באימות והרשאה כדי לשלוט בגישה לנתונים רגישים.
• שקול קנה מידה אופקי: עבור סביבות גדולות, שקול להרחיב את מופעי Prometheus ו-Grafana שלך אופקית כדי להתמודד עם העומס המוגבר. ניתן להשיג זאת באמצעות שימוש במספר שרתי Prometheus ומופעי Grafana מאחורי מאזן עומסים.
• מינוף גילוי שירות: נצל את יכולות גילוי השירות של Prometheus כדי לגלות ולנטר אוטומטית יעדים חדשים. זה שימושי במיוחד בסביבות דינמיות כמו Kubernetes.

פתרון בעיות נפוצות

גם עם תכנון ויישום זהירים, אתה עלול להיתקל בבעיות בעת השימוש ב-Prometheus וב-Grafana. הנה כמה בעיות נפוצות והפתרונות שלהן:

• Prometheus לא מגרד מדדים: ודא שהיעד נגיש משרת Prometheus. בדוק את יומני Prometheus עבור שגיאות. ודא שהיעד חושף מדדים בפורמט הנכון.
• Grafana לא מתחבר ל-Prometheus: ודא שכתובת האתר של Prometheus נכונה בתצורת מקור הנתונים של Grafana. בדוק את יומני Grafana עבור שגיאות. ודא ששרת Prometheus פועל ונגיש משרת Grafana.
• שאילתות PromQL לא מחזירות נתונים: ודא ששאילתת PromQL נכונה. בדוק את יומני Prometheus עבור שגיאות. ודא שהמדד שאתה שואל קיים ומגורד על ידי Prometheus.
• התראות לא מופעלות: ודא שכלל ההתראה מוגדר כהלכה. בדוק את יומני Prometheus עבור שגיאות. ודא ש-Alertmanager פועל ומוגדר כהלכה.
• בעיות ביצועים: אם אתה חווה בעיות ביצועים, שקול להרחיב את מופעי Prometheus ו-Grafana שלך אופקית. בצע אופטימיזציה של שאילתות PromQL שלך כדי להפחית את העומס על שרת Prometheus.

פתרונות ניטור אלטרנטיביים

אמנם Prometheus ו-Grafana הם כלים רבי עוצמה, אך הם אינם האפשרויות היחידות לאיסוף והדמיה של מדדים. פתרונות ניטור פופולריים אחרים כוללים:

• Datadog: פלטפורמת ניטור מסחרית המציעה מגוון רחב של תכונות, כולל איסוף מדדים, ניהול יומנים וניטור ביצועי יישומים (APM).
• New Relic: פלטפורמת ניטור מסחרית נוספת המספקת יכולות ניטור מקיפות ליישומים ותשתיות.
• InfluxDB ו-Chronograf: מסד נתונים של סדרות זמן ופלטפורמת הדמיה המשמשים לעתים קרובות כחלופה ל-Prometheus ול-Grafana.
• Elasticsearch, Logstash ו-Kibana (ELK Stack): מחסנית קוד פתוח פופולרית לניהול וניתוח יומנים. אמנם משמש בעיקר ליומנים, אך ניתן להשתמש בו גם לאיסוף והדמיה של מדדים.
• Dynatrace: פלטפורמת ניטור מונעת בינה מלאכותית המספקת נראות מקצה לקצה לביצועי יישומים ותשתיות.

פתרון הניטור הטוב ביותר עבור הארגון שלך יהיה תלוי בדרישות ובתקציב הספציפיים שלך.

מסקנה

איסוף מדדים חיוני לשמירה על התקינות והביצועים של יישומים ותשתיות. Prometheus ו-Grafana מספקים פתרון קוד פתוח עוצמתי וגמיש לאיסוף, אחסון והדמיה של מדדים. על ידי הבנת מושגי הליבה ויישום שיטות העבודה המומלצות המתוארות במדריך זה, תוכל למנף את Prometheus ו-Grafana לבניית מערכת ניטור חזקה העונה על צרכי הארגון שלך.

ניטור יעיל, יחד עם התראה יזומה ותגובה מהירה לאירועים, הוא אבן יסוד של פעולות IT מודרניות. אימוץ כלים כמו Prometheus ו-Grafana מעצים ארגונים לספק שירותים אמינים ובעלי ביצועים גבוהים למשתמשים שלהם, ללא קשר למיקומם או לתעשייה שלהם.