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Prometheus服务发现机制之Kubernetes
概述
分析过云原生监控接入方案，下面开始看下云原生服务发现机制。Prometheus本身就是作为云原生监控出现的，所以对云原生服务发现支持具有天然优势。
Kubernetes
服务发现协议允许使用
Kubernetes Rest API
检索出
Prometheus
需要监控的
targets
，并且跟着集群状态进行同步变更。
kubernetes_sd_configs
表示基于
Kubernetes
进行服务发现，服务发现目标类型使用
role
表示，比如：
role=service
，表示针对
Kubernetes
中的
service
资源对象，进行具体的服务发现操作。
kubernetes_sd_configs
支持的
role
包括：
node、service、pod、endpoints、ingress
。
原理
基于
Kubernetes
进行服务发现，主要针对
Kubernetes
中的
service、pod、node
等资源对象进行服务发现，
Prometheus
使用
client-go
对
role
中指定的资源对象进行监听。一般
Prometheus
部署在
Kubernetes
集群中的话，
Prometheus
可以直接利用指定的
Service Account
对
Kubernetes API
进行访问。若
Prometheus
在
Kubernetes
集群之外，则
kubernetes_sd_configs
还需指定监控集群的
API Server
的
URL
以及相关的认证信息，从而能够创建对应集群的
Client
。
“
client-go是kubernetes官方提供的go语言的客户端库，go应用使用该库可以访问kubernetes的API Server，这样我们就能通过编程来对kubernetes资源进行增删改查操作。
配置示例：
- job_name: kubernetes-pod
metrics_path: /metrics
kubernetes_sd_configs:
- role: pod
namespaces:
names:
- 'test01'
api_server: https://apiserver.simon:6443
bearer_token_file: d:/token.k8s
tls_config:
insecure_skip_verify: true
bearer_token_file: d:/token.k8s
tls_config:
insecure_skip_verify: true
协议分析
Kubernetes
服务发现大致原理如下图：
1、通过
clientset
访问
API Server
，根据
role
配置获取不同的集群资源对象；
2、通过
List & Watch
机制，注册监听事件：
p.informer.AddEventHandler(cache.ResourceEventHandlerFuncs{
AddFunc: func(o interface{}) {
podAddCount.Inc()
p.enqueue(o)
},
DeleteFunc: func(o interface{}) {
podDeleteCount.Inc()
p.enqueue(o)
},
UpdateFunc: func(_, o interface{}) {
podUpdateCount.Inc()
p.enqueue(o)
},
})
通过
informer.AddEventHandler
函数可以为集群资源添加资源事件回调方法，支持3种资源事件回调方法：
AddFunc、DeleteFunc、UpdateFunc
，分别对应新增资源、修改资源和删除资源时事件触发。
3、资源变更注册回调方法中，将目标资源对象转成
key
放入到队列
queue
中，如下
pod
资源：
func (p *Pod) enqueue(obj interface{}) {
//obj是pod资源对象，通过DeletionHandlingMetaNamespaceKeyFunc将其转换成key
//比如key=test01/nginx-deployment-5ffc5bf56c-n2pl8，即namespace/pod_name格式
key, err := cache.DeletionHandlingMetaNamespaceKeyFunc(obj)
if err != nil {
return
}
p.queue.Add(key)
}
4、后台
goroutines
无限循环执行
process
逻辑，
process
逻辑中就是不停从
queue
中提取数据进行处理，比如
pod.go
对应逻辑如下：
func (p *Pod) process(ctx context.Context, ch chan<- []*targetgroup.Group) bool {
keyObj, quit := p.queue.Get()
if quit {
return false
}
defer p.queue.Done(keyObj)
key := keyObj.(string)
//与 MetaNamespaceKeyFunc() 功能相反的是 SplitMetaNamespaceKey() 函数，它将传入的 Key 分解，返回对象所在的命名空间和对象名称。
namespace, name, err := cache.SplitMetaNamespaceKey(key)
if err != nil {
return true
}
//根据key获取资源对象obj
o, exists, err := p.store.GetByKey(key)
if err != nil {
return true
}
if !exists {
//pod被删除时，exists=false
// 然后发送targets为空的tg，即移除
send(ctx, ch, &targetgroup.Group{Source: podSourceFromNamespaceAndName(namespace, name)})
return true
}
pod, err := convertToPod(o)
if err != nil {
level.Error(p.logger).Log("msg", "converting to Pod object failed", "err", err)
return true
}
//p.buildPod(pod):将资源对象信息转成target groups
send(ctx, ch, p.buildPod(pod))
return true
}
大致逻辑：
a、根据从
queue
中提取的
key
，使用
p.store.GetByKey(key)
获取对应的资源对象，比如
pod、service
等对象；
b、如果对象不存在，则表示资源对象被删除，则创建一个
targets
集合为空的
target groups
，这样
Scrape Manager
就会移除
targets
；
c、使用
buildXXX(obj)
将资源对象解析成
target groups
，如
buildNode()、buildPod()
等；
d、最后使用
send()
方法将解析的
target groups
通过通道
channel
传递出去，最终传递给
Scrape Manager
，这样
target groups
中
targets
将被
Prometheus
抓取监控数据。
pod
资源的
target groups
结构如下示例，每个pod对象都会被解析成
target groups
，其中包含
targets
集合、
labels
标签集合：
Discovery创建
1、假如我们定义如下抓取作业：
- job_name: kubernetes-nodes-cadvisor
metrics_path: /metrics
scheme: https
kubernetes_sd_configs:
- role: node
api_server: https://apiserver.simon:6443
bearer_token_file: d:/token.k8s
tls_config:
insecure_skip_verify: true
bearer_token_file: d:/token.k8s
tls_config:
insecure_skip_verify: true
relabel_configs:
# 将标签(.*)作为新标签名，原有值不变
- action: labelmap
regex: __meta_kubernetes_node_label_(.*)
# 修改NodeIP:10250为APIServerIP:6443
- action: replace
regex: (.*)
source_labels: ["__address__"]
target_label: __address__
replacement: 192.168.52.151:6443
- action: replace
source_labels: [__meta_kubernetes_node_name]
target_label: __metrics_path__
regex: (.*)
replacement: /api/v1/nodes/${1}/proxy/metrics/cadvisor
会被解析成
kubernetes.SDConfig
如下：
kubernetes.SDConfig
定义如下：
type SDConfig struct {
APIServer config.URL `yaml:"api_server,omitempty"`
Role Role `yaml:"role"`
HTTPClientConfig config.HTTPClientConfig `yaml:",inline"`
NamespaceDiscovery NamespaceDiscovery `yaml:"namespaces,omitempty"`
Selectors []SelectorConfig `yaml:"selectors,omitempty"`
}
2、
Discovery
创建
//创建Clientset，可看成操作Kubernetes API的客户端
c, err := kubernetes.NewForConfig(kcfg)
if err != nil {
return nil, err
}
return &Discovery{
client: c,
logger: l,
role: conf.Role,
namespaceDiscovery: &conf.NamespaceDiscovery,
discoverers: make([]discovery.Discoverer, 0),
selectors: mapSelector(conf.Selectors),
}, nil
3、
Discovery
创建完成，最后会调用
Discovery.Run()
启动服务发现：
func (d *Discovery) Run(ctx context.Context, ch chan<- []*targetgroup.Group) {
d.Lock()
namespaces := d.getNamespaces()
switch d.role {
case RoleEndpointSlice:
role=endpointslice逻辑
case RoleEndpoint:
role=endpoints逻辑
case RolePod:
role=pod逻辑
case RoleService:
role=service逻辑
case RoleIngress:
role=ingress逻辑
case RoleNode:
role=node逻辑
default:
level.Error(d.logger).Log("msg", "unknown Kubernetes discovery kind", "role", d.role)
}
var wg sync.WaitGroup
for _, dd := range d.discoverers {
wg.Add(1)
go func(d discovery.Discoverer) {
defer wg.Done()
d.Run(ctx, ch)
}(dd)
}
d.Unlock()
wg.Wait()
<-ctx.Done()
}
4、注册集群资源对象监听事件回调逻辑：
for _, namespace := range namespaces {
p := d.client.CoreV1().Pods(namespace)
plw := &cache.ListWatch{
ListFunc: func(options metav1.ListOptions) (runtime.Object, error) {
options.FieldSelector = d.selectors.pod.field
options.LabelSelector = d.selectors.pod.label
return p.List(ctx, options)
},
WatchFunc: func(options metav1.ListOptions) (watch.Interface, error) {
options.FieldSelector = d.selectors.pod.field
options.LabelSelector = d.selectors.pod.label
return p.Watch(ctx, options)
},
}
pod := NewPod(
log.With(d.logger, "role", "pod"),
cache.NewSharedInformer(plw, &apiv1.Pod{}, resyncPeriod),
)
d.discoverers = append(d.discoverers, pod)
go pod.informer.Run(ctx.Done())
}