Zber metrík: Komplexný sprievodca s nástrojmi Prometheus a Grafana

V dnešnom komplexnom IT prostredí je efektívne monitorovanie kľúčové pre udržanie zdravia a výkonu aplikácií a infraštruktúry. Zber metrík poskytuje základ pre toto monitorovanie, umožňuje vám sledovať kľúčové ukazovatele výkonnosti (KPI), identifikovať potenciálne problémy a optimalizovať využitie zdrojov. Tento komplexný sprievodca preskúma, ako využiť Prometheus a Grafana, dva výkonné open-source nástroje, pre robustný zber metrík a vizualizáciu.

Čo je zber metrík?

Zber metrík zahŕňa zhromažďovanie číselných údajov, ktoré reprezentujú stav a správanie rôznych systémov, aplikácií a komponentov infraštruktúry v čase. Tieto metriky môžu zahŕňať využitie CPU, spotrebu pamäte, sieťovú prevádzku, časy odozvy, chybovosť a mnoho ďalších relevantných ukazovateľov. Analýzou týchto metrík môžete získať cenné poznatky o výkone a zdraví vášho prostredia.

Prečo je zber metrík dôležitý?

• Proaktívna detekcia problémov: Identifikujte potenciálne problémy skôr, ako ovplyvnia používateľov.
• Optimalizácia výkonu: Určte úzke miesta a oblasti na zlepšenie.
• Plánovanie kapacity: Predpovedajte budúce potreby zdrojov na základe historických trendov.
• Monitorovanie úrovne služieb (SLA): Zabezpečte súlad s výkonnostnými cieľmi.
• Riešenie problémov a analýza hlavných príčin: Rýchlo diagnostikujte a riešte problémy.

Predstavenie nástrojov Prometheus a Grafana

Prometheus je open-source nástroj na monitorovanie systémov a alerting, pôvodne vyvinutý v SoundCloud. Vyniká v zbere a ukladaní dát časových radov, čo sú dáta indexované časovými značkami. Prometheus používa model založený na sťahovaní (pull-based model) na získavanie metrík z cieľov (napr. servery, aplikácie) v pravidelných intervaloch. Ponúka výkonný dopytovací jazyk (PromQL) na analýzu zozbieraných dát a definovanie pravidiel pre alerty.

Grafana je open-source platforma na vizualizáciu a monitorovanie dát. Umožňuje vytvárať interaktívne dashboardy a grafy na vizualizáciu dát z rôznych zdrojov, vrátane Prometheus. Grafana poskytuje bohatú sadu vizualizačných možností, vrátane grafov, diagramov, tabuliek a ukazovateľov. Podporuje tiež alerting, čo vám umožňuje dostávať notifikácie, keď sú prekročené určité prahové hodnoty.

Spoločne tvoria Prometheus a Grafana výkonné a flexibilné monitorovacie riešenie, ktoré sa dá prispôsobiť širokej škále prostredí a prípadov použitia. Sú masívne využívané v praxi DevOps a SRE (Site Reliability Engineering) po celom svete.

Architektúra a koncepty Prometheus

Pochopenie základných komponentov Prometheus je nevyhnutné pre efektívnu implementáciu a využitie:

• Prometheus Server: Jadrový komponent zodpovedný za sťahovanie (scraping), ukladanie a dopytovanie metrík.
• Service Discovery (Automatické objavovanie služieb): Automaticky objavuje ciele na monitorovanie na základe konfigurácie alebo integrácií s platformami ako Kubernetes.
• Exporters (Exportéri): Agenti, ktorí vystavujú metriky vo formáte, ktorému Prometheus rozumie. Príkladmi sú node_exporter (pre systémové metriky) a rôzne aplikačne špecifické exportéry.
• Pushgateway (Voliteľné): Umožňuje krátkodobým úlohám posielať (push) metriky do Prometheus. Je to užitočné pre dávkové úlohy, ktoré nemusia bežať nepretržite.
• Alertmanager: Spracováva alerty generované nástrojom Prometheus na základe nakonfigurovaných pravidiel. Dokáže smerovať alerty do rôznych notifikačných kanálov, ako sú e-mail, Slack alebo PagerDuty.
• PromQL: Dopytovací jazyk Prometheus (Prometheus Query Language) používaný na dopytovanie a analýzu zozbieraných metrík.

Pracovný postup v Prometheus

1. Ciele (aplikácie, servery atď.) vystavujú metriky. Tieto metriky sú zvyčajne vystavené cez HTTP endpoint.
2. Prometheus Server sťahuje metriky z nakonfigurovaných cieľov. Periodicky sťahuje metriky z týchto endpointov.
3. Prometheus ukladá stiahnuté metriky do svojej databázy časových radov.
4. Používatelia sa dopytujú na metriky pomocou PromQL. To im umožňuje analyzovať dáta a vytvárať grafy a dashboardy.
5. Pravidlá pre alerty sa vyhodnocujú na základe uložených metrík. Ak je splnená podmienka pravidla, spustí sa alert.
6. Alertmanager spracováva spustené alerty. Deduplikuje, zoskupuje a smeruje ich do príslušných notifikačných kanálov.

Architektúra a koncepty Grafana

Grafana dopĺňa Prometheus tým, že poskytuje používateľsky prívetivé rozhranie na vizualizáciu a analýzu zozbieraných metrík:

• Zdroje dát (Data Sources): Pripojenia k rôznym zdrojom dát, vrátane Prometheus, Graphite, InfluxDB a ďalších.
• Dashboardy (Dashboards): Zbierky panelov, ktoré zobrazujú dáta v rôznych formátoch (grafy, diagramy, tabuľky atď.).
• Panely (Panels): Jednotlivé vizualizácie, ktoré zobrazujú dáta z konkrétneho zdroja dát pomocou špecifického dopytu.
• Alerting: Grafana má tiež vstavané možnosti alertingu, ktoré vám umožňujú definovať alerty na základe dát zobrazených na vašich dashboardoch. Tieto alerty môžu používať Prometheus ako zdroj dát a využívať PromQL pre komplexnú logiku alertov.
• Organizácie a tímy: Grafana podporuje organizácie a tímy, čo vám umožňuje spravovať prístup a oprávnenia k dashboardom a zdrojom dát.

Pracovný postup v Grafana

1. Konfigurácia zdrojov dát: Pripojte Grafana k vášmu Prometheus serveru.
2. Vytvorenie dashboardov: Navrhnite dashboardy na vizualizáciu vašich metrík.
3. Pridanie panelov do dashboardov: Pridajte panely na zobrazenie špecifických dátových bodov z Prometheus pomocou dopytov PromQL.
4. Konfigurácia alertingu (Voliteľné): Nastavte pravidlá alertingu v rámci Grafana na prijímanie notifikácií na základe špecifických prahových hodnôt metrík.
5. Zdieľanie dashboardov: Zdieľajte dashboardy so svojím tímom pre spoluprácu na monitorovaní a analýze.

Nastavenie nástrojov Prometheus a Grafana

Táto časť poskytuje podrobný návod na nastavenie nástrojov Prometheus a Grafana.

Inštalácia Prometheus

1. Stiahnutie Prometheus:

Stiahnite si najnovšiu verziu Prometheus z oficiálnej webovej stránky: https://prometheus.io/download/. Vyberte si príslušný balík pre váš operačný systém (napr. Linux, Windows, macOS).

2. Rozbalenie archívu:

Rozbaľte stiahnutý archív do adresára podľa vášho výberu.

3. Konfigurácia Prometheus:

Vytvorte konfiguračný súbor `prometheus.yml`. Tento súbor definuje ciele, ktoré bude Prometheus sťahovať, a ďalšie možnosti konfigurácie. Základná konfigurácia môže vyzerať takto:

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']

Táto konfigurácia definuje dve úlohy sťahovania (scrape jobs): jednu pre samotný Prometheus (sťahovanie vlastných metrík) a jednu pre node_exporter bežiaci na localhost porte 9100. `scrape_interval` špecifikuje, ako často bude Prometheus sťahovať metriky z cieľov.

4. Spustenie Prometheus:

Spustite spustiteľný súbor Prometheus z adresára, do ktorého ste rozbalili archív:

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

              
                Copy
              
            
          

Prometheus sa spustí a bude štandardne počúvať na porte 9090. Webové rozhranie Prometheus môžete otvoriť v prehliadači na adrese http://localhost:9090.

Inštalácia Grafana

1. Stiahnutie Grafana:

Stiahnite si najnovšiu verziu Grafana z oficiálnej webovej stránky: https://grafana.com/grafana/download. Vyberte si príslušný balík pre váš operačný systém.

2. Inštalácia Grafana:

Postupujte podľa inštalačných pokynov pre váš operačný systém. Napríklad na 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. Spustenie Grafana:

Spustite službu Grafana:

            sudo systemctl start grafana-server
            

              
                Copy
              
            
          

4. Prístup do Grafana:

Grafana sa spustí a bude štandardne počúvať na porte 3000. Webové rozhranie Grafana môžete otvoriť v prehliadači na adrese http://localhost:3000.

Predvolené používateľské meno a heslo sú `admin` a `admin`. Pri prvom prihlásení budete vyzvaní na zmenu hesla.

Pripojenie Grafana k Prometheus

Aby ste mohli vizualizovať metriky z Prometheus v Grafana, musíte nakonfigurovať Prometheus ako zdroj dát v Grafana.

1. Pridanie zdroja dát:

V webovom rozhraní Grafana prejdite na Configuration > Data Sources a kliknite na Add data source.

2. Výber Prometheus:

Zvoľte Prometheus ako typ zdroja dát.

3. Konfigurácia pripojenia k Prometheus:

Zadajte URL vášho Prometheus servera (napr. `http://localhost:9090`). Podľa potreby nakonfigurujte ďalšie možnosti (napr. autentifikáciu).

4. Uloženie a testovanie:

Kliknite na Save & Test na overenie, či sa Grafana môže úspešne pripojiť k Prometheus.

Vytváranie dashboardov v Grafana

Keď ste pripojili Grafana k Prometheus, môžete vytvárať dashboardy na vizualizáciu vašich metrík.

1. Vytvorenie nového dashboardu:

V webovom rozhraní Grafana kliknite na ikonu + v bočnom paneli a vyberte Dashboard.

2. Pridanie panela:

Kliknite na Add an empty panel na pridanie nového panela do dashboardu.

3. Konfigurácia panela:

• Výber zdroja dát: Zvoľte zdroj dát Prometheus, ktorý ste predtým nakonfigurovali.
• Zadanie PromQL dopytu: Zadajte PromQL dopyt na získanie metriky, ktorú chcete vizualizovať. Napríklad, na zobrazenie využitia CPU by ste mohli použiť nasledujúci dopyt:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Tento dopyt vypočíta mieru zmeny času CPU použitého procesmi, zozbieraného nástrojom node_exporter, v 5-minútovom intervale.

• Konfigurácia možností vizualizácie: Zvoľte typ vizualizácie (napr. graf, ukazovateľ, tabuľka) a podľa potreby nakonfigurujte ďalšie možnosti (napr. popisky osí, farby).

4. Uloženie dashboardu:

Kliknite na ikonu uloženia na uloženie dashboardu.

PromQL: Dopytovací jazyk Prometheus

PromQL je výkonný dopytovací jazyk používaný na získavanie a manipuláciu s metrikami uloženými v Prometheus. Umožňuje vykonávať širokú škálu operácií, vrátane:

• Filtrovanie: Výber metrík na základe značiek (labels).
• Agregácia: Výpočet agregovaných hodnôt (napr. súčet, priemer, maximum) v časových rozsahoch alebo naprieč viacerými inštanciami.
• Výpočet miery zmeny (Rate): Výpočet miery zmeny metrík typu čítač (counter).
• Aritmetické operácie: Vykonávanie aritmetických operácií s metrikami (napr. sčítanie, odčítanie, násobenie).
• Funkcie pre časové rady: Aplikácia funkcií na dáta časových radov (napr. kĺzavý priemer, vyhladzovanie).

Príklady PromQL

• Využitie CPU:

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

            

              
                Copy
              
            
          

• Využitie pamäte:

            
node_memory_MemTotal_bytes - node_memory_MemAvailable_bytes

            

              
                Copy
              
            
          

• Využitie miesta na disku:

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

            

              
                Copy
              
            
          

• Frekvencia HTTP požiadaviek:

            
rate(http_requests_total[5m])

            

              
                Copy
              
            
          

Naučiť sa PromQL je kľúčové pre efektívne používanie nástrojov Prometheus a Grafana. Pre komplexného sprievodcu týmto jazykom si pozrite dokumentáciu Prometheus.

Alerting s Prometheus a Alertmanager

Prometheus poskytuje robustný systém alertingu, ktorý vám umožňuje definovať pravidlá na základe hodnôt metrík. Keď je splnená podmienka pravidla, spustí sa alert a Alertmanager sa postará o proces notifikácie.

Definovanie pravidiel pre alerty

Pravidlá pre alerty sa definujú v konfiguračnom súbore `prometheus.yml`. Tu je príklad pravidla pre alert, ktorý sa spustí, keď využitie CPU prekročí 80%:

            
rule_files:
  - "rules.yml"

            

              
                Copy
              
            
          

Potom do súboru s názvom `rules.yml` vložte pravidlá ako toto:

            
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
              
            
          

Vysvetlenie:

• alert: Názov alertu.
• expr: PromQL výraz, ktorý definuje podmienku alertu.
• for: Doba, počas ktorej musí byť podmienka pravdivá, kým sa alert nespustí.
• labels: Značky, ktoré sú pripojené k alertu.
• annotations: Anotácie, ktoré poskytujú dodatočné informácie o alerte, ako sú zhrnutie a popis.

Konfigurácia Alertmanager

Alertmanager sa stará o smerovanie a notifikáciu alertov. Musíte nakonfigurovať Alertmanager, aby ste špecifikovali, kam sa majú alerty posielať (napr. e-mail, Slack, PagerDuty). Pre podrobné konfiguračné pokyny si pozrite dokumentáciu Alertmanager.

Minimálna konfigurácia `alertmanager.yml` môže vyzerať takto:

            
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
              
            
          

Táto konfigurácia posiela alerty na webhook na localhost porte 8080. Sekciu `receivers` môžete prispôsobiť tak, aby ste namiesto toho použili služby ako Slack alebo e-mail.

Praktické príklady a prípady použitia

Prometheus a Grafana sa dajú použiť na monitorovanie širokej škály aplikácií a komponentov infraštruktúry. Tu sú niektoré praktické príklady:

• Monitorovanie webového servera: Monitorujte frekvenciu HTTP požiadaviek, časy odozvy a chybovosť, aby ste zabezpečili optimálny výkon webového servera.
• Monitorovanie databázy: Sledujte využitie poolu databázových pripojení, časy vykonávania dopytov a pomalé dopyty na identifikáciu úzkych miest v databáze.
• Monitorovanie Kubernetes: Monitorujte zdravie a výkon Kubernetes klastrov, vrátane využitia zdrojov podov a uzlov.
• Monitorovanie aplikácií: Zbierajte vlastné metriky z vašich aplikácií na sledovanie špecifických obchodných KPI a identifikáciu problémov na úrovni aplikácie.
• Monitorovanie siete: Sledujte sieťovú prevádzku, latenciu a stratu paketov na identifikáciu sieťových úzkych miest a výkonnostných problémov.
• Monitorovanie cloudovej infraštruktúry: Monitorujte výkon a dostupnosť cloudových zdrojov, ako sú virtuálne stroje, úložiská a databázy. Je to obzvlášť dôležité pre prostredia AWS, Azure a Google Cloud, ktoré všetky majú integrácie s Prometheus a Grafana.

Príklad: Monitorovanie architektúry mikroslužieb

V architektúre mikroslužieb sa Prometheus a Grafana dajú použiť na monitorovanie zdravia a výkonu jednotlivých služieb, ako aj celého systému. Každá služba môže vystavovať vlastné metriky, ako sú frekvencie požiadaviek, časy odozvy a chybovosť. Prometheus potom môže tieto metriky sťahovať a Grafana ich môže vizualizovať. To vám umožní rýchlo identifikovať úzke miesta vo výkone alebo zlyhania v konkrétnych službách.

Pokročilé techniky a osvedčené postupy

Ak chcete z Prometheus a Grafana vyťažiť maximum, zvážte nasledujúce pokročilé techniky a osvedčené postupy:

• Používajte zmysluplné značky (Labels): Používajte značky na pridanie kontextu k vašim metrikám. Uľahčuje to filtrovanie a agregáciu dát. Napríklad, použite značky na identifikáciu služby, prostredia a inštancie, s ktorou je metrika spojená.
• Monitorujte kľúčové ukazovatele výkonnosti (KPI): Zamerajte sa na monitorovanie metrík, ktoré sú pre vaše podnikanie najdôležitejšie. To vám umožní rýchlo identifikovať a riešiť problémy, ktoré majú najväčší dopad.
• Nastavte primerané prahové hodnoty pre alerty: Nastavte prahové hodnoty pre alerty, ktoré sú vhodné pre vaše prostredie. Vyhnite sa nastaveniu príliš citlivých prahov, pretože to môže viesť k únave z alertov (alert fatigue).
• Efektívne používajte dashboardy: Navrhujte dashboardy, ktoré sú ľahko pochopiteľné a poskytujú použiteľné poznatky. Používajte jasné a stručné popisky a vizualizácie.
• Automatizujte nasadenie a konfiguráciu: Automatizujte nasadenie a konfiguráciu Prometheus a Grafana pomocou nástrojov ako Ansible, Terraform alebo Kubernetes.
• Zabezpečte svoje inštancie Prometheus a Grafana: Zabezpečte svoje inštancie Prometheus a Grafana, aby ste zabránili neoprávnenému prístupu. Používajte autentifikáciu a autorizáciu na kontrolu prístupu k citlivým dátam.
• Zvážte horizontálne škálovanie: Pre veľké prostredia zvážte horizontálne škálovanie vašich inštancií Prometheus a Grafana na zvládnutie zvýšenej záťaže. To sa dá dosiahnuť použitím viacerých Prometheus serverov a Grafana inštancií za load balancerom.
• Využite Service Discovery: Využite schopnosti automatického objavovania služieb v Prometheus na automatické objavovanie a monitorovanie nových cieľov. Je to obzvlášť užitočné v dynamických prostrediach ako Kubernetes.

Riešenie bežných problémov

Aj pri starostlivom plánovaní a implementácii sa môžete pri používaní Prometheus a Grafana stretnúť s problémami. Tu sú niektoré bežné problémy a ich riešenia:

• Prometheus nesťahuje metriky: Overte, či je cieľ dostupný z Prometheus servera. Skontrolujte logy Prometheus na prítomnosť chýb. Uistite sa, že cieľ vystavuje metriky v správnom formáte.
• Grafana sa nepripája k Prometheus: Overte, či je URL adresa Prometheus správna v konfigurácii zdroja dát v Grafana. Skontrolujte logy Grafana na prítomnosť chýb. Uistite sa, že Prometheus server beží a je dostupný z Grafana servera.
• PromQL dopyty nevracajú dáta: Overte, či je PromQL dopyt správny. Skontrolujte logy Prometheus na prítomnosť chýb. Uistite sa, že metrika, na ktorú sa dopytujete, existuje a je sťahovaná nástrojom Prometheus.
• Alerty sa nespúšťajú: Overte, či je pravidlo pre alerty definované správne. Skontrolujte logy Prometheus na prítomnosť chýb. Uistite sa, že Alertmanager beží a je správne nakonfigurovaný.
• Problémy s výkonom: Ak máte problémy s výkonom, zvážte horizontálne škálovanie vašich inštancií Prometheus a Grafana. Optimalizujte svoje PromQL dopyty, aby ste znížili záťaž na Prometheus server.

Alternatívne riešenia pre monitorovanie

Hoci sú Prometheus a Grafana výkonné nástroje, nie sú jedinými možnosťami pre zber metrík a vizualizáciu. Medzi ďalšie populárne monitorovacie riešenia patria:

• Datadog: Komerčná monitorovacia platforma, ktorá ponúka širokú škálu funkcií, vrátane zberu metrík, správy logov a monitorovania výkonu aplikácií (APM).
• New Relic: Ďalšia komerčná monitorovacia platforma, ktorá poskytuje komplexné monitorovacie schopnosti pre aplikácie a infraštruktúru.
• InfluxDB a Chronograf: Databáza časových radov a vizualizačná platforma, ktorá sa často používa ako alternatíva k Prometheus a Grafana.
• Elasticsearch, Logstash a Kibana (ELK Stack): Populárny open-source balík na správu a analýzu logov. Hoci sa primárne používa na logy, môže sa tiež použiť na zber metrík a vizualizáciu.
• Dynatrace: Monitorovacia platforma poháňaná umelou inteligenciou, ktorá poskytuje end-to-end viditeľnosť do výkonu aplikácií a infraštruktúry.

Najlepšie monitorovacie riešenie pre vašu organizáciu bude závisieť od vašich špecifických požiadaviek a rozpočtu.

Záver

Zber metrík je nevyhnutný pre udržanie zdravia a výkonu aplikácií a infraštruktúry. Prometheus a Grafana poskytujú výkonné a flexibilné open-source riešenie na zber, ukladanie a vizualizáciu metrík. Pochopením základných konceptov a dodržiavaním osvedčených postupov uvedených v tomto sprievodcovi môžete využiť Prometheus a Grafana na vybudovanie robustného monitorovacieho systému, ktorý splní potreby vašej organizácie.

Efektívne monitorovanie, spojené s proaktívnym alertingom a rýchlou reakciou na incidenty, je základným kameňom moderných IT operácií. Prijatie nástrojov ako Prometheus a Grafana umožňuje organizáciám poskytovať spoľahlivé a výkonné služby svojim používateľom, bez ohľadu na ich polohu alebo odvetvie.