Prometheus Operator部署/管理Prometheus Server

一、Prometheus Operator & Kube-Prometheus & Helm chart 部署区别

• Prometheus Operator 是 Kubernetes 原生的工具，它通过将 Prometheus 资源定义为 Kubernetes 对象（CRD）来简化 Prometheus 集群的管理。它自动化了在 Kubernetes 中配置和扩展 Prometheus 实例时涉及的常见任务，并提供了在 Kubernetes 环境中部署、配置和管理 Prometheus 的简单方式。

  • 1. 通过 kubectl 或 Kubernetes API 创建 Prometheus Operator Custom Resource Definition (CRD)。
  • 2. 使用 kubectl 或 YAML 文件创建 Prometheus 实例的定义。
  • 3. Prometheus Operator 观察配置更改并创建、更新或删除 Prometheus 实例。

  • 官方安装文档： https://prometheus-operator.dev/docs/user-guides/getting-started/ 需要Kubernetes版本至少在v1.16.x以上。

  • 官方Github地址：https://github.com/prometheus-operator/prometheus-operator

• kube-prometheus 提供基于Prometheus & Prometheus Operator完整的集群监控配置示例，包括多实例Prometheus & Alertmanager部署与配置及node exporter的metrics采集，以及scrape Prometheus target各种不同的metrics endpoints，并提供Alerting rules一些示例，触发告警集群潜在的问题。

  • 1. 使用 YAML 文件或 Helm chart 安装 Kube-Prometheus。
  • 2. Kube-Prometheus 部署 Prometheus、Alertmanager、Grafana 和 Pushgateway 等组件。
  • 3. 使用 Prometheus Operator 观察和管理 Prometheus 和相关组件。

  • 官方安装文档：https://prometheus-operator.dev/docs/prologue/quick-start/

  • 安装要求：https://github.com/prometheus-operator/kube-prometheus#compatibility

  • 官方Github地址：https://github.com/prometheus-operator/kube-prometheus

• helm chart prometheus-community/kube-prometheus-stack 提供类似kube-prometheus的功能，但是该项目是由Prometheus-community来维护。

  • 1. 安装 Helm 并添加 Prometheus Helm chart 存储库。
  • 2. 使用 Helm 安装 Prometheus chart，包括 Prometheus、Alertmanager 和 Pushgateway 等组件。

  • 具体信息参考https://github.com/prometheus-community/helm-charts/tree/main/charts/kube-prometheus-stack#kube-prometheus-stack

总结：三者部署 Prometheus 的区别

• Prometheus Operator 可以更加自动化的管理 Prometheus 集群；
• Kube-Prometheus 则提供了更加全面的监控解决方案，包括 Prometheus、Grafana 和 Alertmanager 等组件；
• Helm chart 则通过一个命令即可快速部署 Prometheus 及其相关组件，但无法方便地进行各个组件的管理。

Kube-Prometheus：目前是k8s集群监控的主流项目，主要使用Prometheus做集群监控，使用Prometheus Operator做监控的运维管理，也就是以上二者的结合。

二、Prometheus-Operator CRD资源

2.1、CRD 全称是 Custom Resource Definition

什么是 CRD？

以 Deployment 为实例，Deployment 没有直接创建 Pod，而是管理 RS，而 RS 管理 Pod，这就是控制器模式。控制器模式允许基于已有的资源定义更高阶的控制器，用来实现更复杂的能力。

特点：

• CRD 本身是 Kubernetes 的一种资源，允许用户自定义新的资源类型；
• CRD 允许用户基于已有的 Kubernetes 资源，例如 Deployment、Configmap 等，拓展集群能力；
• CRD 可以自定义一套成体系的规范，自造概念；

CRD 本身是一种 Kubernetes 内置的资源类型，即自定义资源的定义，用于描述用户定义的资源是什么样子。

# kubectl get crd
NAME                                             CREATED AT
applications.app.k8s.io                          2022-08-12T10:01:21Z
authconfigs.enterprise.gloo.solo.io              2022-08-25T03:54:14Z

2.2、Prometheus-Operator CRD

Prometheus Operator的本职就是一组用户自定义的CRD资源以及Controller的实现，Prometheus Operator负责监听这些自定义资源的变化，并且根据这些资源的定义自动化的完成如Prometheus Server自身以及配置的自动化管理工作。主要包括以下几个功能：

• Kubernetes 自定义资源：使用 Kubernetes CRD 来部署和管理 Prometheus、Alertmanager 和相关组件。
• 简化的部署配置：直接通过 Kubernetes 资源清单配置 Prometheus，比如版本、持久化、副本、保留策略等等配置。
• Prometheus 监控目标配置：基于熟知的 Kubernetes 标签查询自动生成监控目标配置，无需学习 Prometheus 特地的配置。

上面架构图中，各组件以不同的方式运行在 Kubernetes 集群中（之前都是用配置文件来配置，现在都是通过资源对象）：

三、部署 Kube-Prometheus

3.1、概述

kube-prometheus 是一整套监控解决方案，它使用 Prometheus 采集集群指标，Grafana 做展示，包含如下组件：

• The Prometheus Operator
• Highly available Prometheus
• Highly available Alertmanager
• Prometheus node-exporter
• Prometheus Adapter for Kubernetes Metrics APIs （k8s-prometheus-adapter）
• kube-state-metrics
• Grafana

注意：kube-promethues与kubernetes的版本对应关系如下：

prometheus-operator/kube-prometheus: Use Prometheus to monitor Kubernetes and applications running on Kubernetes (github.com)

3.2、下载 Kube-Prometheus 代码

方法一：

xxxxxxxxxx
git clone https://github.com/prometheus-operator/kube-prometheus.git
cd kube-prometheus
git branch -r   # 查看当前分支有哪些
git checkout release-0.9    # 切换到自己 Kubernetes 兼容的版本

• 方法二：

xxxxxxxxxx
git clone -b release-0.9 https://github.com/prometheus-operator/kube-prometheus.git

注：在release-0.11版本之后新增了NetworkPolicy；

默认是允许自己访问，如果了解NetworkPolicy可以修改一下默认的规则，可以用查看 ls *networkPolicy*，

如果不修改，则会影响到修改NodePort类型也无法访问；

如果不会Networkpolicy可以直接删除就行；

3.3、修改 Kube-Prometheus 镜像源

国外镜像源某些镜像无法拉取，我们这里修改prometheus-operator，prometheus，alertmanager，kube-state-metrics，node-exporter，prometheus-adapter的镜像源为国内镜像源。这里使用的是中科大的镜像源。

xxxxxxxxxx
# 进入修改的目录
cd ./kube-prometheus/manifests/
# 镜像替换
sed -i 's/quay.io/quay.mirrors.ustc.edu.cn/g' setup/prometheus-operator-deployment.yaml
sed -i 's/quay.io/quay.mirrors.ustc.edu.cn/g' prometheus-prometheus.yaml 
sed -i 's/quay.io/quay.mirrors.ustc.edu.cn/g' alertmanager-alertmanager.yaml
sed -i 's/quay.io/quay.mirrors.ustc.edu.cn/g' kube-state-metrics-deployment.yaml
sed -i 's/k8s.gcr.io/lank8s.cn/g' kube-state-metrics-deployment.yaml
sed -i 's/quay.io/quay.mirrors.ustc.edu.cn/g' node-exporter-daemonset.yaml
sed -i 's/quay.io/quay.mirrors.ustc.edu.cn/g' prometheus-adapter-deployment.yaml
sed -i 's/k8s.gcr.io/lank8s.cn/g' prometheus-adapter-deployment.yaml
# 确认一下是否还有国外镜像
grep "image: " * -r

3.4、安装operator & kube-Prometheus

创建namespace & CRD资源，如下：

setup 文件夹中包含所有自定义资源配置 CustomResourceDefinition（一般不用修改，也不要轻易修改）

xxxxxxxxxx
# 下载prometheus-operator镜像需要花费几分钟，这里等待几分钟，直到prometheus-operator变成running状态
kubectl create -f manifests/setup

创建所有应用资源：

​x
kubectl create -f manifests/

# 等待所有镜像变成Running状态
watch kubectl get po -n monitoring

需要关注的几个控制器文件：

xxxxxxxxxx
prometheus-adapter-deployment.yaml：kubernetes自定义监控指标
blackbox-exporter-deployment.yaml：黑盒监控控制器
kube-state-metrics-deployment.yaml：监听API Server生成有关资源对象的状态指标
setup/prometheus-operator-deployment.yaml：prometheus-operator控制器文件
prometheus-prometheus.yaml：prometheus主控制器文件
alertmanager-alertmanager.yaml：alertmanager主控制器文件
grafana-deployment.yaml：grafana主控制器文件

删除所有资源：

xxxxxxxxxx
# kubectl delete --ignore-not-found=true -f manifests/ -f manifests/setup

3.5、配置Ingress资源对象

xxxxxxxxxx
cat > prometheus-all-ingress.yaml << 'EOF'
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  namespace: monitoring
  name: prometheus-ingress
spec:
  ingressClassName: nginx
  rules:
  - host: grafana-opera.kubernets.cn  # 访问 Grafana 域名
    http:
      paths:
        - pathType: Prefix
          backend:
            service:
              name: grafana
              port:
                number: 3000
          path: /
  - host: prometheus-opera.kubernets.cn  # 访问 Prometheus 域名
    http:
      paths:
        - pathType: Prefix
          backend:
            service:
              name: prometheus-k8s
              port:
                number: 9090
          path: /
  - host: alertmanager-opera.kubernets.cn  # 访问 alertmanager 域名
    http:
      paths:
        - pathType: Prefix
          backend:
            service:
              name: alertmanager-main
              port:
                number: 9093
          path: /
EOF

四、访问验证

4.1、prometheus

两个Prometheus实例的， Service 添加 sessionAffinity: ClientIP 属性，会根据 ClientIP 来做 session 亲和性，所以我们不用担心请求会到不同的副本上去。

xxxxxxxxxx
$ curl prometheus-opera.kubernets.cn

4.2、granfana

xxxxxxxxxx
$ curl grafana-opera.kubernets.cn

4.3、alertmanager

xxxxxxxxxx
$ curl alertmanager-opera.kubernets.cn

五、总结

• Prometheus整体监控结构略微复杂，一个个部署并不简单，kube-prometheus大大提升了部署的方式；
• 通过自定义资源CRD维护简单，不用再次维护大量的configmap配置文件，操作流程大大简化；
• Kube-Prometheus 则提供了更加全面的监控解决方案，包括 Prometheus、Grafana 和 Alertmanager 等组件；
• CoreOS主推Kube-Prometheus，目前是k8s集群监控的主流项目。