Gegevensverzameling: Een Uitgebreide Gids met Prometheus en Grafana

In het complexe IT-landschap van vandaag is effectieve monitoring cruciaal voor het handhaven van de gezondheid en prestaties van applicaties en infrastructuur. Gegevensverzameling vormt de basis voor deze monitoring, waardoor u belangrijke prestatie-indicatoren (KPI's) kunt volgen, potentiële problemen kunt identificeren en het resourcegebruik kunt optimaliseren. Deze uitgebreide gids onderzoekt hoe u Prometheus en Grafana, twee krachtige open-source tools, kunt benutten voor robuuste gegevensverzameling en -visualisatie.

Wat is Gegevensverzameling?

Gegevensverzameling omvat het verzamelen van numerieke data die de status en het gedrag van verschillende systemen, applicaties en infrastructuurcomponenten over tijd vertegenwoordigt. Deze gegevens kunnen CPU-gebruik, geheugenverbruik, netwerkverkeer, responstijden, foutpercentages en vele andere relevante indicatoren omvatten. Door deze gegevens te analyseren, krijgt u waardevolle inzichten in de prestaties en gezondheid van uw omgeving.

Waarom is Gegevensverzameling Belangrijk?

• Proactieve Probleemdetectie: Identificeer potentiële problemen voordat ze gebruikers beïnvloeden.
• Prestatie-optimalisatie: Spoor knelpunten en verbeterpunten op.
• Capaciteitsplanning: Voorspel toekomstige resourcebehoeften op basis van historische trends.
• Service Level Agreement (SLA) Monitoring: Zorg voor naleving van prestatietargets.
• Probleemoplossing en Oorzaakanalyse: Diagnoseer en los problemen snel op.

Introductie van Prometheus en Grafana

Prometheus is een open-source toolkit voor systeemmonitoring en waarschuwingen, oorspronkelijk ontwikkeld bij SoundCloud. Het excelleert in het verzamelen en opslaan van tijdreeksdata, wat data is die geïndexeerd wordt door tijdstempels. Prometheus gebruikt een pull-gebaseerd model om metrische gegevens van targets (bijv. servers, applicaties) op reguliere intervallen "af te schrapen" (scrape). Het biedt een krachtige querytaal (PromQL) voor het analyseren van de verzamelde data en het definiëren van waarschuwingsregels.

Grafana is een open-source platform voor datavisualisatie en monitoring. Het stelt u in staat om interactieve dashboards en grafieken te maken om data uit verschillende bronnen, waaronder Prometheus, te visualiseren. Grafana biedt een rijke set visualisatie-opties, waaronder grafieken, diagrammen, tabellen en meters. Het ondersteunt ook waarschuwingen, zodat u meldingen kunt ontvangen wanneer bepaalde drempels worden overschreden.

Samen vormen Prometheus en Grafana een krachtige en flexibele monitoringoplossing die kan worden aangepast aan een breed scala van omgevingen en gebruiksscenario's. Ze worden wereldwijd veel gebruikt in DevOps en SRE (Site Reliability Engineering) praktijken.

Prometheus Architectuur en Concepten

Het begrijpen van de kerncomponenten van Prometheus is essentieel voor effectieve implementatie en gebruik:

• Prometheus Server: De kerncomponent die verantwoordelijk is voor het "afschrapen" (scraping), opslaan en opvragen van metrische gegevens.
• Service Discovery: Ontdekt automatisch targets om te monitoren op basis van configuratie of integraties met platforms zoals Kubernetes.
• Exporters: Agents die metrische gegevens blootstellen in een formaat dat Prometheus kan begrijpen. Voorbeelden zijn node_exporter (voor systeemstatistieken) en diverse applicatiespecifieke exporters.
• Pushgateway (Optioneel): Stelt kortlopende taken in staat om metrische gegevens naar Prometheus te pushen. Dit is nuttig voor batchtaken die mogelijk niet continu draaien.
• Alertmanager: Behandelt waarschuwingen die door Prometheus worden gegenereerd op basis van geconfigureerde regels. Het kan waarschuwingen doorsturen naar verschillende meldingskanalen, zoals e-mail, Slack of PagerDuty.
• PromQL: De Prometheus Query Language die wordt gebruikt om de verzamelde metrische gegevens op te vragen en te analyseren.

Prometheus Werkstroom

1. Targets (applicaties, servers, enz.) blootstellen metrische gegevens. Deze metrische gegevens worden gewoonlijk via een HTTP-endpoint blootgesteld.
2. Prometheus Server "schraapt" metrische gegevens van geconfigureerde targets. Het haalt periodiek metrische gegevens van deze endpoints.
3. Prometheus slaat de "afgeschraapte" metrische gegevens op in zijn tijdreeksdatabase.
4. Gebruikers vragen de metrische gegevens op met PromQL. Dit stelt hen in staat om de data te analyseren en grafieken en dashboards te creëren.
5. Waarschuwingsregels worden geëvalueerd op basis van de opgeslagen metrische gegevens. Als aan een regelconditie wordt voldaan, wordt een waarschuwing geactiveerd.
6. Alertmanager behandelt de geactiveerde waarschuwingen. Het de-dupliceert, groepeert en routeert ze naar de juiste meldingskanalen.

Grafana Architectuur en Concepten

Grafana vult Prometheus aan door een gebruiksvriendelijke interface te bieden voor het visualiseren en analyseren van de verzamelde metrische gegevens:

• Gegevensbronnen: Verbindingen met diverse gegevensbronnen, waaronder Prometheus, Graphite, InfluxDB en andere.
• Dashboards: Verzamelingen van panelen die data in verschillende formaten (grafieken, diagrammen, tabellen, enz.) weergeven.
• Panelen: Individuele visualisaties die data van een specifieke gegevensbron weergeven met behulp van een specifieke query.
• Waarschuwingen: Grafana heeft ook ingebouwde waarschuwingsmogelijkheden, waardoor u waarschuwingen kunt definiëren op basis van de data die in uw dashboards wordt weergegeven. Deze waarschuwingen kunnen Prometheus als gegevensbron gebruiken en PromQL benutten voor complexe waarschuwingslogica.
• Organisaties en Teams: Grafana ondersteunt organisaties en teams, waardoor u toegang en rechten tot dashboards en gegevensbronnen kunt beheren.

Grafana Werkstroom

1. Configureer Gegevensbronnen: Verbind Grafana met uw Prometheus-server.
2. Creëer Dashboards: Ontwerp dashboards om uw metrische gegevens te visualiseren.
3. Voeg Panelen toe aan Dashboards: Voeg panelen toe om specifieke datapunten van Prometheus weer te geven met behulp van PromQL-query's.
4. Configureer Waarschuwingen (Optioneel): Stel waarschuwingsregels in binnen Grafana om meldingen te ontvangen op basis van specifieke metrische drempels.
5. Deel Dashboards: Deel dashboards met uw team om samen te werken aan monitoring en analyse.

Prometheus en Grafana Instellen

Deze sectie biedt een stap-voor-stap handleiding voor het instellen van Prometheus en Grafana.

Prometheus Installeren

1. Download Prometheus:

Download de nieuwste versie van Prometheus van de officiële website: https://prometheus.io/download/. Kies het juiste pakket voor uw besturingssysteem (bijv. Linux, Windows, macOS).

2. Pak het Archief uit:

Pak het gedownloade archief uit naar een map naar keuze.

3. Configureer Prometheus:

Maak een `prometheus.yml` configuratiebestand aan. Dit bestand definieert de targets die Prometheus zal "schrapen" en andere configuratie-opties. Een basisconfiguratie zou er als volgt uit kunnen zien:

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']

Deze configuratie definieert twee "scrape jobs": één voor Prometheus zelf (die zijn eigen metrische gegevens "schraapt") en één voor een node_exporter die draait op localhost poort 9100. De `scrape_interval` specificeert hoe vaak Prometheus de targets zal "schrapen".

4. Start Prometheus:

Voer het Prometheus uitvoerbare bestand uit vanuit de map waar u het archief hebt uitgepakt:

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

              
                Copy
              
            
          

Prometheus zal standaard starten en luisteren op poort 9090. U kunt de Prometheus webinterface in uw browser openen op http://localhost:9090.

Grafana Installeren

1. Download Grafana:

Download de nieuwste versie van Grafana van de officiële website: https://grafana.com/grafana/download. Kies het juiste pakket voor uw besturingssysteem.

2. Installeer Grafana:

Volg de installatie-instructies voor uw besturingssysteem. Bijvoorbeeld, op 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. Start Grafana:

Start de Grafana-service:

            sudo systemctl start grafana-server
            

              
                Copy
              
            
          

4. Toegang tot Grafana:

Grafana zal standaard starten en luisteren op poort 3000. U kunt de Grafana webinterface in uw browser openen op http://localhost:3000.

De standaard gebruikersnaam en wachtwoord zijn `admin` en `admin`. U wordt gevraagd het wachtwoord te wijzigen bij de eerste keer inloggen.

Grafana Verbinden met Prometheus

Om metrische gegevens van Prometheus in Grafana te visualiseren, moet u Prometheus configureren als gegevensbron in Grafana.

1. Gegevensbron Toevoegen:

Navigeer in de Grafana webinterface naar Configuration > Data Sources en klik op Add data source.

2. Selecteer Prometheus:

Kies Prometheus als het type gegevensbron.

3. Configureer Prometheus Verbinding:

Voer de URL van uw Prometheus-server in (bijv. `http://localhost:9090`). Configureer andere opties indien nodig (bijv. authenticatie).

4. Opslaan en Testen:

Klik op Save & Test om te controleren of Grafana succesvol verbinding kan maken met Prometheus.

Dashboards Creëren in Grafana

Zodra u Grafana met Prometheus hebt verbonden, kunt u dashboards maken om uw metrische gegevens te visualiseren.

1. Creëer een Nieuw Dashboard:

Klik in de Grafana webinterface op het + pictogram in de zijbalk en selecteer Dashboard.

2. Voeg een Paneel toe:

Klik op Add an empty panel om een nieuw paneel aan het dashboard toe te voegen.

3. Configureer het Paneel:

• Selecteer Gegevensbron: Kies de Prometheus-gegevensbron die u eerder hebt geconfigureerd.
• Voer PromQL Query in: Voer een PromQL-query in om de metrische gegevens op te halen die u wilt visualiseren. Om bijvoorbeeld het CPU-gebruik weer te geven, kunt u de volgende query gebruiken:

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

            

              
                Copy
              
            
          

• Configureer Visualisatie-opties: Kies het visualisatietype (bijv. grafiek, meter, tabel) en configureer andere opties indien nodig (bijv. aslabels, kleuren).

4. Sla het Dashboard op:

Klik op het opslagpictogram om het dashboard op te slaan.

PromQL: De Prometheus Querytaal

PromQL is een krachtige querytaal die wordt gebruikt om metrische gegevens die in Prometheus zijn opgeslagen, op te halen en te manipuleren. Het stelt u in staat om een breed scala aan bewerkingen uit te voeren, waaronder:

• Filteren: Selecteer metrische gegevens op basis van labels.
• Aggregatie: Bereken geaggregeerde waarden (bijv. som, gemiddelde, maximum) over tijdsbereiken of over meerdere instanties.
• Rate Berekening: Bereken de veranderingssnelheid van tellermetrische gegevens.
• Rekenkundige Bewerkingen: Voer rekenkundige bewerkingen uit op metrische gegevens (bijv. optellen, aftrekken, vermenigvuldigen).
• Tijdreeksfuncties: Pas functies toe op tijdreeksdata (bijv. voortschrijdend gemiddelde, vloeiend maken).

PromQL Voorbeelden

• CPU-gebruik:

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

            

              
                Copy
              
            
          

• Geheugengebruik:

            
node_memory_MemTotal_bytes - node_memory_MemAvailable_bytes

            

              
                Copy
              
            
          

• Schijfruimtegebruik:

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

            

              
                Copy
              
            
          

• HTTP-aanvraagsnelheid:

            
rate(http_requests_total[5m])

            

              
                Copy
              
            
          

Het leren van PromQL is essentieel voor effectief gebruik van Prometheus en Grafana. Raadpleeg de Prometheus-documentatie voor een uitgebreide gids over de taal.

Waarschuwingen met Prometheus en Alertmanager

Prometheus biedt een robuust waarschuwingssysteem waarmee u regels kunt definiëren op basis van metrische waarden. Wanneer aan een regelconditie wordt voldaan, wordt een waarschuwing geactiveerd en Alertmanager handelt het meldingsproces af.

Waarschuwingsregels Definiëren

Waarschuwingsregels worden gedefinieerd in het `prometheus.yml` configuratiebestand. Hier is een voorbeeld van een waarschuwingsregel die wordt geactiveerd wanneer het CPU-gebruik 80% overschrijdt:

            
rule_files:
  - "rules.yml"

            

              
                Copy
              
            
          

Plaats vervolgens in een bestand met de naam `rules.yml` regels zoals deze:

            
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: "Hoog CPU-gebruik gedetecteerd"
      description: "CPU-gebruik is boven 80% op {{ $labels.instance }}"

            

              
                Copy
              
            
          

Uitleg:

• alert: De naam van de waarschuwing.
• expr: De PromQL-uitdrukking die de waarschuwingsconditie definieert.
• for: De duur waarvoor de conditie waar moet zijn voordat de waarschuwing wordt geactiveerd.
• labels: Labels die aan de waarschuwing zijn gekoppeld.
• annotations: Annotaties die aanvullende informatie over de waarschuwing bieden, zoals een samenvatting en beschrijving.

Alertmanager Configureren

Alertmanager handelt het routeren en melden van waarschuwingen af. U moet Alertmanager configureren om te specificeren waar waarschuwingen moeten worden verzonden (bijv. e-mail, Slack of PagerDuty). Raadpleeg de Alertmanager-documentatie voor gedetailleerde configuratie-instructies.

Een minimale `alertmanager.yml` configuratie zou er als volgt uit kunnen zien:

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/'

Deze configuratie stuurt waarschuwingen naar een webhook op localhost poort 8080. U kunt de `receivers` sectie aanpassen om in plaats daarvan services zoals Slack of e-mail te gebruiken.

Praktische Voorbeelden en Gebruiksscenario's

Prometheus en Grafana kunnen worden gebruikt om een breed scala aan applicaties en infrastructuurcomponenten te monitoren. Hier zijn enkele praktische voorbeelden:

• Webservermonitoring: Monitor HTTP-aanvraagsnelheden, responstijden en foutpercentages om optimale webserverprestaties te garanderen.
• Database Monitoring: Volg het gebruik van de databaseverbindingenpool, query-uitvoeringstijden en trage queries om databaseknelpunten te identificeren.
• Kubernetes Monitoring: Monitor de gezondheid en prestaties van Kubernetes-clusters, inclusief resourcegebruik van pods en nodes.
• Applicatiemonitoring: Verzamel aangepaste metrische gegevens van uw applicaties om specifieke bedrijfs-KPI's te volgen en problemen op applicatieniveau te identificeren.
• Netwerkmonitoring: Volg netwerkverkeer, latency en pakketverlies om netwerkknelpunten en prestatieproblemen te identificeren.
• Cloud Infrastructuurmonitoring: Monitor de prestaties en beschikbaarheid van cloudresources, zoals virtuele machines, opslag en databases. Dit is vooral relevant voor AWS-, Azure- en Google Cloud-omgevingen, die allemaal integraties hebben met Prometheus en Grafana.

Voorbeeld: Monitoring van een Microservices Architectuur

In een microservices-architectuur kunnen Prometheus en Grafana worden gebruikt om de gezondheid en prestaties van individuele services, evenals het algehele systeem, te monitoren. Elke service kan zijn eigen metrische gegevens blootstellen, zoals aanvraagsnelheden, responstijden en foutpercentages. Prometheus kan deze metrische gegevens vervolgens "schrapen" en Grafana kan worden gebruikt om ze te visualiseren. Hierdoor kunt u snel prestatieknelpunten of storingen in specifieke services identificeren.

Geavanceerde Technieken en Best Practices

Om het maximale uit Prometheus en Grafana te halen, overweeg de volgende geavanceerde technieken en best practices:

• Gebruik Betekenisvolle Labels: Gebruik labels om context aan uw metrische gegevens toe te voegen. Dit maakt het gemakkelijker om data te filteren en te aggregeren. Gebruik bijvoorbeeld labels om de service, omgeving en instantie te identificeren waarmee een metrische gegeven is geassocieerd.
• Monitor Belangrijke Prestatie-indicatoren (KPI's): Concentreer u op het monitoren van de metrische gegevens die het meest kritiek zijn voor uw bedrijf. Hierdoor kunt u snel problemen identificeren en aanpakken die de grootste impact hebben.
• Stel Passende Waarschuwingsdrempels in: Stel waarschuwingsdrempels in die geschikt zijn voor uw omgeving. Vermijd het instellen van te gevoelige drempels, aangezien dit kan leiden tot waarschuwingsmoeheid.
• Gebruik Dashboards Effectief: Ontwerp dashboards die gemakkelijk te begrijpen zijn en bruikbare inzichten bieden. Gebruik duidelijke en beknopte labels en visualisaties.
• Automatiseer Implementatie en Configuratie: Automatiseer de implementatie en configuratie van Prometheus en Grafana met behulp van tools zoals Ansible, Terraform of Kubernetes.
• Beveilig uw Prometheus- en Grafana-instanties: Beveilig uw Prometheus- en Grafana-instanties om ongeoorloofde toegang te voorkomen. Gebruik authenticatie en autorisatie om toegang tot gevoelige gegevens te beheren.
• Overweeg Horizontale Schaalbaarheid: Voor grote omgevingen, overweeg het horizontaal schalen van uw Prometheus- en Grafana-instanties om de verhoogde belasting aan te kunnen. Dit kan worden bereikt door meerdere Prometheus-servers en Grafana-instanties achter een load balancer te gebruiken.
• Benut Service Discovery: Gebruik de service discovery-mogelijkheden van Prometheus om automatisch nieuwe targets te ontdekken en te monitoren. Dit is vooral handig in dynamische omgevingen zoals Kubernetes.

Problemen Oplossen

Zelfs met zorgvuldige planning en implementatie kunt u problemen tegenkomen bij het gebruik van Prometheus en Grafana. Hier zijn enkele veelvoorkomende problemen en hun oplossingen:

• Prometheus Schaaft Geen Metrische Gegevens af: Controleer of de target toegankelijk is vanaf de Prometheus-server. Controleer de Prometheus-logs op fouten. Zorg ervoor dat de target metrische gegevens in het juiste formaat blootstelt.
• Grafana Maakt Geen Verbinding met Prometheus: Controleer of de Prometheus-URL correct is in de Grafana-gegevensbronconfiguratie. Controleer de Grafana-logs op fouten. Zorg ervoor dat de Prometheus-server draait en toegankelijk is vanaf de Grafana-server.
• PromQL-query's Retourneren Geen Gegevens: Controleer of de PromQL-query correct is. Controleer de Prometheus-logs op fouten. Zorg ervoor dat de metrische gegevens die u opvraagt bestaan en worden "afgeschraapt" door Prometheus.
• Waarschuwingen Worden Niet Geactiveerd: Controleer of de waarschuwingsregel correct is gedefinieerd. Controleer de Prometheus-logs op fouten. Zorg ervoor dat Alertmanager draait en correct is geconfigureerd.
• Prestatieproblemen: Als u prestatieproblemen ondervindt, overweeg dan om uw Prometheus- en Grafana-instanties horizontaal te schalen. Optimaliseer uw PromQL-query's om de belasting op de Prometheus-server te verminderen.

Alternatieve Monitoringoplossingen

Hoewel Prometheus en Grafana krachtige tools zijn, zijn ze niet de enige opties voor gegevensverzameling en visualisatie. Andere populaire monitoringoplossingen zijn onder meer:

• Datadog: Een commercieel monitoringplatform dat een breed scala aan functies biedt, waaronder gegevensverzameling, logbeheer en applicatieprestatiemonitoring (APM).
• New Relic: Een ander commercieel monitoringplatform dat uitgebreide monitoringmogelijkheden biedt voor applicaties en infrastructuur.
• InfluxDB en Chronograf: Een tijdreeksdatabase en visualisatieplatform dat vaak wordt gebruikt als alternatief voor Prometheus en Grafana.
• Elasticsearch, Logstash en Kibana (ELK Stack): Een populaire open-source stack voor logbeheer en -analyse. Hoewel voornamelijk gebruikt voor logs, kan het ook worden gebruikt voor gegevensverzameling en visualisatie.
• Dynatrace: Een AI-gestuurd monitoringplatform dat end-to-end zichtbaarheid biedt in applicatie- en infrastructuurprestaties.

De beste monitoringoplossing voor uw organisatie hangt af van uw specifieke vereisten en budget.

Conclusie

Gegevensverzameling is essentieel voor het handhaven van de gezondheid en prestaties van applicaties en infrastructuur. Prometheus en Grafana bieden een krachtige en flexibele open-source oplossing voor het verzamelen, opslaan en visualiseren van metrische gegevens. Door de kernconcepten te begrijpen en de best practices in deze gids te volgen, kunt u Prometheus en Grafana benutten om een robuust monitoringsysteem op te bouwen dat voldoet aan de behoeften van uw organisatie.

Effectieve monitoring, gekoppeld aan proactieve waarschuwingen en snelle incidentrespons, is een hoeksteen van moderne IT-operaties. Het omarmen van tools zoals Prometheus en Grafana stelt organisaties in staat om betrouwbare en goed presterende services aan hun gebruikers te leveren, ongeacht hun locatie of branche.