0 前言
- 先看监控的需求来源,即监控系统可做什么
- 再跳出监控,从可观测性,看监控与日志、链路间的关系及它们各自的作用
- 最后介绍开源社区几个有代表性的方案以及它们各自的优缺点,便于你之后做技术选型。
1 监控需求来源
系统出问题我们能及时感知。随时代发展,对监控系统提出更多诉求:
- 通过监控了解数据趋势,知道系统在未来的某个时刻可能出问题,预知问题
- 通过监控了解系统的水位情况,为服务扩缩容提供数据支撑
- 通过监控来给系统把脉,感知到哪里需要优化,比如一些中间件参数的调优
- 通过监控来洞察业务,提供业务决策的数据依据,及时感知业务异常
目前监控系统越来越重要,同时也越来越完备。不但能很好地解决上面这几点诉求,还沉淀很多监控系统中的稳定性相关的知识。当然,这得益于对监控体系的持续运营,特别是一些资深工程师的持续运营的成果。
2 可观测性
指标监控
监控系统,只是指标监控,通常折线图,如某机器CPU利用率、某数据库实例的流量或者网站的在线人数,都体现为随时间变化趋势图。
指标监控只能处理数字,但历史数据存储成本较低,实时性好,生态庞大。开源有Zabbix、Prometheus。
日志
可得很多信息,了解软件运行情况、业务运营情况。如:
- 操作系统的日志中,可以得知很多系统级事件的发生
- 接入层的日志中,可以得知有哪些域名、IP、URL 收到了访问,是否成功以及延迟情况等
- 服务日志中可以查到 Exception 的信息,调用堆栈等,对于排查问题来说非常关键
但是日志数据通常量比较大,不够结构化,存储成本较高。
处理日志如ELK和Loki,商业产品Splunk和Datadog。
链路追踪
微服务一个问题具体是哪个模块导致。链路追踪以请求串联上下游模块,为每个请求生成一个随机字符串作请求ID。服务之间互相调用时,把该ID逐层往下传递,每层分别耗费多久,是否正常处理,收集附到该请求ID。后面追查问题,拿请求ID提取串联的所有信息。
经常也会从日志提取指标,转存到指标监控系统,或从日志中提取链路信息来做分析。
3 开源方案选型
3.1 老代表Zabbix
擅长设备、网络、中间件监控。早年监控系统主要用来监控设备和中间件,所以Zabbix应用广泛。
构成
Zabbix Server与可选组件Zabbix Agent。Zabbix Server通过SNMP、Zabbix Agent、JMX、IPMI等多种方式采集数据。
配套组件,Zabbix Proxy、Zabbix Java Gateway、Zabbix Get、Zabbix WEB等,共同组成Zabbix整体架构:
优点
- 对各种设备的兼容性较好
- 架构简单,使用数据库做时序数据存储,易于维护,备份和转储都较易
- 社区庞大,资料多。12年开源,发展时间久,海量资源
缺点
- 使用数据库做存储,无法水平扩展,容量有限。若采集频率较高如10秒一次,上限大约可监控600台设备,还要把数据库部署在一个高配机器,如SSD或NVMe盘
- Zabbix面向资产的管理逻辑,监控指标的数据结构较固化,无灵活的标签设计,面对云原生架构动态多变环境,力不从心
3.2 老国产代表Open-Falcon
Zabbix后,开发初衷解决Zabbix容量问题。最初来自小米,14年开源,当时小米有3套Zabbix,1套业务性能监控系统perfcounter。Open-Falcon想大一统:
基于RRDtool做了分布式时序存储组件Graph,可将多台机器组成一个集群,大幅提升海量数据处理能力。负责转发的组件Transfer,Transfer对监控数据求取一个唯一ID,再对ID哈希,就可生成监控数据和Graph实例对应关系,Open-Falcon最核心的分片逻辑。
告警用Judge模块,发送告警事件Alarm模块,采集数据Agent,心跳模块HBS,聚合监控数据模块Aggregator,负责处理数据缺失的模块是Nodata。和用户交互的Portal/Dashboard模块。
Open-Falcon把组件拆散,组件较多,部署较麻烦。不过每个组件的职能单一,二开易。
优点
- 可处理大规模监控场景,比Zabbix的容量要大得多,不仅可以处理设备、中间件层面的监控,也可以处理应用层面的监控
- 组件拆分散,大都Go开发,Web部分用Python,易二开。
缺点
- 生态不大,是小米公司在主导,很多公司二开,但都没回馈社区
- 开源软件治理架构不够优秀,小米公司核心开发人员离职,项目停滞,小米公司后续也没有大的治理投入,相比托管在基金会的项目,缺生命力
3.3 新代方案代表Prometheus
设计思路来自Google Borgmon,Borgmon为Borg而生,Prometheus为k8s而生。对k8s直接支持,提供多种服务发现机制,大幅简化k8s监控。
k8s下Pod创建销毁频繁,监控指标生命周期大幅缩短,类似Zabbix这种面向资产的监控系统力不从心,且云原生环境大都微服务设计,服务数量变多,指标量爆炸,对时序数据存储高要求。
1.0设计较差,但2.0重新设计时序库,性能、可靠性都大幅提升,社区涌现越来越多Exporter采集器。
优点:
- k8s监控标配
- 各种Exporter,支持各种时序库作为后端存储,支持多种语言SDK,供业务代码嵌入埋点
缺点:
- 易用性差,如告警策略需要修改配置文件,协同起来比较麻烦。当然了,对于IaC落地较好的公司,反而认为这样更好,不过在国内当下的环境来看,还无法走得这么靠前,大家还是更喜欢用Web界面来查看监控数据、管理告警规则。
- Exporter参差不齐,通常是一个监控目标一个Exporter,管理起来成本比较高。
- 容量问题,Prometheus默认只提供单机时序库,集群方案需要依赖其他的时序库。
3.4 新国产代表Nightingale
Open-Falcon的延续,因为开发是一拨人,但定位不同:
- Open-Falcon 类似Zabbix面向机器设备
- Nightingale不止解决设备和中间件的监控,也解决云原生监控。
但k8s下Prometheus已大行其道,重复造轮无意义,所以 Nightingale 和 Prometheus 整合,打造更完备方案。当下主要把 Prometheus 当时序库,作为 Nightingale 的一个数据源,如用 VictoriaMetrics 时序库也可。
优点:
- 有比较完备的UI,有权限控制,产品功能比较完备,可以作为公司级统一的监控产品让所有团队共同使用。Prometheus一般是每个团队自己用自己的,比较方便。如果一个公司用同一套Prometheus系统来解决监控需求会比较麻烦,容易出现我们上面说的协同问题,而Nightingale在协同方面做得相对好一些。
- 兼容并包,设计上比较开放,支持对接 Categraf、Telegraf、Grafana-Agent、Datadog-Agent 等采集器,还有Prometheus生态的各种Exporter,时序库支持对接 Prometheus、VictoriaMetrics、M3DB、Thanos 等。
缺点:
- 考虑到机房网络割裂问题,告警引擎单独拆出一个模块下沉部署到各机房,但很多中小公司无需这么复杂架构,部署维护起来较麻烦
- 告警事件发送缺少聚合降噪收敛逻辑,官方解释是未来会单独做一个事件中心的产品,支持Nightingale、Zabbix、Prometheus等多种数据源的告警事件,但目前还没放出
选型:
- 主要监控设备,推荐Zabbix
- 监控k8s,可选Prometheus+Grafana
- 既兼顾传统设备、中间件监控场景,又兼顾k8s做成公司级方案,推荐Nightingale
4 总结
监控产品的需求来源,即监控问题域,从及时感知系统出现的问题,到现在希望预知问题,并可洞察业务经营数据,监控越来越重要。指标监控因历史数据存储成本较低,实时性好,生态庞大。指标监控的开源方案:
| 监控系统 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| Zabbix | 设备兼容性好,支持Aix 架构简单易维护 社区庞大 | 关系型数据库存储时序数据,容量有限 面向资产的管理逻辑和指标格式设计,不适云原生 |
| Open-Falcon | 支持水平扩展,可处理海量监控数据 组件拆分较散,便于二次开发 | 生态不够庞大,近年来社区活跃度下降 开源治理架构不好,缺乏生命力 |
| Prometheus | 对 Kubernetes 监控做了原生支持 生态庞大,PromQL 灵活 | 易用性有待提升,特别是开放给全公司使用时不便协同 Exporter 水平参差不齐,管理成本较高 |
| Nightingale | 较完备UI,可作为公司级统一监控产品赋能各个团队 兼容并包,生态开放,可以和业界众多开源项目协同 | 过渡设计,默认的部署架构略复杂 告警聚合降噪、收敛、闭环管理等功能暂时缺失 |