在當(dāng)今復(fù)雜的軟件開發(fā)環(huán)境中，確保應(yīng)用程序的順暢運(yùn)行至關(guān)重要。可觀測性是基礎(chǔ)設(shè)施管理中的一個關(guān)鍵方面，它幫助開發(fā)和運(yùn)維團(tuán)隊深入了解系統(tǒng)的性能和健康狀況，有效地檢測和解決問題，并最終提供更好的用戶體驗。
Kubernetes是一個開源的容器編排引擎，用來對容器化應(yīng)用進(jìn)行自動化部署、 擴(kuò)縮和管理。隨著 Kubernetes的普及，了解如何監(jiān)視和觀察這些集群變得至關(guān)重要。
在本文中，我們將介紹可觀測性的概念及其三個主要支柱：指標(biāo)、日志和跟蹤。我們將探討 K8s中自帶的可觀測性功能，并介紹一些流行的可增強(qiáng)Kubernetes可觀測性體驗的外部工具，如 Grafana、Prometheus、Loki和Grafana Tempo。
可觀測性概念
可觀測性是指通過外部輸出來了解系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的能力?？捎^測性對于監(jiān)控管理諸如K8s一類的復(fù)雜的分布式系統(tǒng)至關(guān)重要。在這一章節(jié)，我們將介紹可觀測性的三大支柱：指標(biāo)、日志與跟蹤，以及聚合和關(guān)聯(lián)信號的重要性，以幫助您更好地理解您的系統(tǒng)。
指標(biāo)
指標(biāo)是表示系統(tǒng)性能的定量數(shù)據(jù)，如響應(yīng)時間、CPU使用率或內(nèi)存消耗。它們有助于識別趨勢、異常情況和潛在瓶頸。指標(biāo)通常定期收集，并可以使用圖形或圖表進(jìn)行可視化，以便于分析。
日志
日志是系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的事件和錯誤的文本記錄。它們提供了有關(guān)系統(tǒng)行為的有價值信息，使開發(fā)和運(yùn)維人員能夠識別和調(diào)試問題。日志可以由應(yīng)用程序、服務(wù)或基礎(chǔ)設(shè)施組件生成。通常，這些日志會被存儲和聚合以便于分析。
跟蹤
跟蹤記錄了單個請求通過系統(tǒng)內(nèi)的各種服務(wù)和組件的詳細(xì)路徑。跟蹤使開發(fā)人員能夠理解組件之間的交互，識別性能問題，并優(yōu)化服務(wù)依賴關(guān)系。
聚合和關(guān)聯(lián)信號
在Kubernetes環(huán)境中，通過有效地聚合和關(guān)聯(lián)來自多個來源的信號，包括指標(biāo)、日志和跟蹤，對于診斷和解決問題至關(guān)重要。通過聚合這些信號并對它們進(jìn)行規(guī)范化處理，可以創(chuàng)建一個全面的系統(tǒng)視圖，并快速識別性能問題或錯誤。例如，將日志條目與特定指標(biāo)的峰值相關(guān)聯(lián)可以幫助確定性能問題的根本原因。同樣地，將跟蹤與指標(biāo)和日志結(jié)合起來，使您能夠在系統(tǒng)性能和錯誤的上下文中分析請求流。在 Kubernetes環(huán)境中診斷和解決問題時，有效的信號聚合和關(guān)聯(lián)對于作出明智的決策至關(guān)重要。
Kubernetes的內(nèi)置可觀測性
Kubernetes提供了內(nèi)置的監(jiān)控和可觀測性功能，幫助用戶了解集群和應(yīng)用程序的狀態(tài)。在本節(jié)中，我們將探討Kubernetes提供的內(nèi)置工具和資源，這些工具和資源可以用于收集指標(biāo)、日志和事件。
Kubernetes內(nèi)置監(jiān)控工具
- kube-state-metrics：該服務(wù)監(jiān)聽Kubernetes API服務(wù)器，并生成有關(guān)各種Kubernetes對象（如部署、Pod和節(jié)點(diǎn)）狀態(tài)的指標(biāo)。這些指標(biāo)反映了有關(guān)集群整體健康狀況和狀態(tài)
- cAdvisor:：Container Advisor是一個開源項目，用于收集在節(jié)點(diǎn)內(nèi)運(yùn)行的容器的資源使用情況和性能數(shù)據(jù)。它默認(rèn)集成在kubelet中，并提供有關(guān)容器CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)和文件系統(tǒng)使用情況的重要指標(biāo)。
- Metrics Server：集群范圍的資源使用數(shù)據(jù)聚合器。Metrics Server從kubelets收集數(shù)據(jù)，并通過Kubernetes API公開，允許您監(jiān)視整個集群范圍內(nèi)的資源使用情況，自動擴(kuò)展應(yīng)用程序并設(shè)置資源限制。
Kubernetes事件和日志
Kubernetes生成事件來記錄集群中重要的變更，例如 Pod的創(chuàng)建或刪除以及系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生的錯誤。這些事件可以使用命令或 Kubernetes API來訪問。此外，容器化應(yīng)用程序、系統(tǒng)組件和 kubelet生成的日志可以使用 kubectl logs命令或直接訪問節(jié)點(diǎn)上的日志文件來訪問。
Kubernetes 儀表盤
Kubernetes儀表盤是一個基于 Web的用戶界面，提供了集群狀態(tài)的概述，允許您查看和管理資源、監(jiān)視性能和解決問題。儀表板顯示與集群相關(guān)的關(guān)鍵指標(biāo)、日志和事件，是獲取有關(guān) Kubernetes環(huán)境信息的重要工具。
通過利用這些自帶的可觀測性功能，您可以基本了解 Kubernetes集群性能和健康狀況。然而，對于更高級的監(jiān)視、可視化和分析功能，也考慮使用外部的可觀測性工具。
針對 Kubernetes的可觀測性工具
除了自帶的可觀測性功能，還有幾個外部工具可以幫助增強(qiáng)您對 Kubernetes環(huán)境的監(jiān)視和分析。在本節(jié)中，我們將簡要介紹流行的工具，如 Prometheus、Grafana、Loki和 Grafana Tempo，重點(diǎn)介紹它們的主要功能和優(yōu)點(diǎn)。
Prometheus
Prometheus是一種功能強(qiáng)大的開源監(jiān)視和警報工具箱，旨在實現(xiàn)可靠性和可擴(kuò)展性。它使用拉取模型從 Kubernetes集群和應(yīng)用程序收集指標(biāo)。通過其強(qiáng)大的查詢語言 PromQL，您可以分析指標(biāo)并創(chuàng)建自定義警報，以通知您可能存在的問題。
Grafana
Grafana是一種廣泛使用的開源可視化和分析平臺，可幫助您創(chuàng)建交互式和可自定義的儀表板，以監(jiān)視您的 Kubernetes環(huán)境。它與 Prometheus、Loki和 Grafana Tempo完美集成，提供一個統(tǒng)一的界面，可從各種數(shù)據(jù)源中可視化指標(biāo)、日志和跟蹤。
Loki
由 Grafana Labs開發(fā)，Loki是一種針對 Kubernetes優(yōu)化的日志聚合和查詢系統(tǒng)。它基于標(biāo)簽等元數(shù)據(jù)索引和存儲日志，使其高效且經(jīng)濟(jì)實惠。通過Lokide查詢語言 LogQL，您可以實現(xiàn)類似于 Prometheus的方式搜索和分析日志，將日志數(shù)據(jù)與指標(biāo)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，以獲得更好的洞察力。
Grafana Tempo
Grafana Labs還推出了 Tempo，這是一個可擴(kuò)展的、高容量的分布式跟蹤系統(tǒng)，旨在實現(xiàn)簡單易用。它可與 Grafana集成，可用于可視化和分析跟蹤數(shù)據(jù)，幫助您識別和優(yōu)化微服務(wù)體系結(jié)構(gòu)中的性能問題。
這些工具在結(jié)合使用時，可以創(chuàng)建一個強(qiáng)大的可觀測性堆棧，幫助您更好地監(jiān)視、分析和排除Kubernetes環(huán)境中的問題。我們只提供了每個工具功能的簡單概述，涵蓋這些工具設(shè)置和架構(gòu)的詳細(xì)文章將有助于您深入了解每個解決方案，并在項目中有效地實現(xiàn)它們。
實現(xiàn) Kubernetes 中的可觀測性：完整的技術(shù)棧和開發(fā)者考慮事項
結(jié)合前面討論的工具，您可以為 Kubernetes環(huán)境創(chuàng)建一個完整的可觀測性堆棧。通過集成 Prometheus、Grafana、Loki和 Grafana Tempo，您可以有效地監(jiān)視、分析和解決指標(biāo)、日志和跟蹤問題。
可觀測性的一個重要方面是開發(fā)人員在設(shè)計和實現(xiàn)應(yīng)用程序時暴露有意義的指標(biāo)、生成清晰結(jié)構(gòu)化的日志并與跟蹤解決方案集成。開發(fā)人員應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：
- 暴露指標(biāo)：確保應(yīng)用程序暴露相關(guān)且可操作的指標(biāo)，這些指標(biāo)應(yīng)該可以與像 Prometheus這樣的監(jiān)視工具兼容。流行的庫和框架通常包含內(nèi)置支持來實現(xiàn)指標(biāo)暴露。
- 清晰結(jié)構(gòu)化的日志：在應(yīng)用程序中實現(xiàn)清晰結(jié)構(gòu)化日志，遵循最佳實踐和約定。這將讓你在使用類似 Loki的工具分析和關(guān)聯(lián)日志時更加容易。
- 與跟蹤解決方案集成：將跟蹤庫或框架集成到應(yīng)用程序中，使用類似 Grafana Tempo的工具啟用端到端請求跟蹤和性能分析。
在 Kubernetes環(huán)境中使用完整的可觀測性堆棧的好處包括：
- 提供指標(biāo)、日志和跟蹤的統(tǒng)一平臺，全面了解系統(tǒng)的性能和健康狀況。
- 改進(jìn)問題檢測、診斷和解決，從而提高用戶體驗并減少停機(jī)時間。
- 促進(jìn)開發(fā)和運(yùn)維團(tuán)隊之間的增強(qiáng)協(xié)作，在系統(tǒng)系統(tǒng)性能方面實現(xiàn)更好的理解和責(zé)任共享。
綜合來看，通過實施完整的可觀測性堆棧，并充分利用開發(fā)人員在創(chuàng)建可觀察應(yīng)用程序中扮演的角色，您將能夠更好地監(jiān)視、分析和優(yōu)化 Kubernetes環(huán)境中的系統(tǒng)性能。這將有助于確保應(yīng)用程序長期穩(wěn)定運(yùn)行，并為用戶提供快速、一致的響應(yīng)。
總結(jié)
在這篇初學(xué)者指南中，我們探討了可觀測性的基本概念及其三個主要支柱：指標(biāo)、日志和跟蹤。我們還討論了 Kubernetes中提供的內(nèi)置可觀測性功能，并介紹了一個強(qiáng)大的外部工具組合，包括 Prometheus、Grafana、Loki和Grafana Tempo，它們共同構(gòu)成了 Kubernetes環(huán)境的綜合可觀測性堆棧。
理解并實施可觀測性對于保持應(yīng)用程序在 Kubernetes上的性能、可用性和可靠性是至關(guān)重要的。通過利用內(nèi)置和外部工具，可以實現(xiàn)監(jiān)視系統(tǒng)健康狀況，主動檢測和解決問題，并為更好的用戶體驗優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施。
當(dāng)您繼續(xù)深入研究 Kubernetes可觀測性時，請記得更詳細(xì)地探索每個工具的設(shè)置和架構(gòu)，并根據(jù)項目的特定要求進(jìn)行調(diào)整，以便您能充分準(zhǔn)備好應(yīng)對今天不斷發(fā)展的軟件開發(fā)環(huán)境中復(fù)雜、分布式系統(tǒng)監(jiān)視和管理方面的挑戰(zhàn)。
