Prometheus 和 Grafana科普介绍

1. Prometheus 简介

1.1 什么是 Prometheus？

Prometheus 是一个开源的 时间序列数据库 和 监控系统，最初由 SoundCloud 开发，现在是 CNCF（云原生计算基金会） 的毕业项目。它专注于实时监控和告警，特别适合云原生和分布式系统的监控。

1.2 核心功能

数据采集：
• 通过 Pull 模型 定期从目标服务拉取指标数据。
• 支持多种数据采集方式，如 HTTP 端点、Pushgateway（用于短期任务）、服务发现等。
数据存储：
• 使用高效的时间序列数据库（TSDB）存储指标数据。
• 支持数据压缩和持久化。
查询语言：
• 提供强大的查询语言 PromQL，用于分析和聚合时间序列数据。
告警功能：
• 支持基于 PromQL 的告警规则配置。
• 告警信息可以发送到 Alertmanager，进行分组、去重和路由。
多维度数据模型：
• 数据以键值对的形式存储，支持多维度标签（Labels），便于灵活查询和聚合。
生态系统：
• 提供丰富的客户端库（如 Go、Java、Python）和导出器（Exporters），支持多种应用和系统的监控。

2. Grafana 简介

2.1 什么是 Grafana？

Grafana 是一个开源的 数据可视化和监控工具，主要用于将时间序列数据以图表、仪表盘的形式展示出来。它支持多种数据源，包括 Prometheus、Elasticsearch、InfluxDB 等。

2.2 核心功能

数据可视化：
• 支持多种图表类型（如折线图、柱状图、饼图、热力图等）。
• 提供丰富的仪表盘功能，支持自定义布局和交互。
多数据源支持：
• 支持 Prometheus、Elasticsearch、InfluxDB、Graphite、MySQL、PostgreSQL 等多种数据源。
• 可以通过插件扩展支持更多的数据源。
实时监控：
• 支持实时数据的展示和刷新，帮助运维人员快速发现问题。
告警功能：
• 支持基于指标的告警规则配置，可以通过邮件、Slack、PagerDuty 等渠道发送告警通知。
权限管理：
• 支持用户和团队的角色管理，可以控制仪表盘的访问权限。

3. Prometheus + Grafana 的组合

3.1 工作原理

数据采集：
• Prometheus 从目标服务（如 Node Exporter、应用程序）拉取指标数据。
数据存储：
• Prometheus 将采集到的数据存储在本地的时间序列数据库中。
数据查询：
• Grafana 连接到 Prometheus，使用 PromQL 查询数据。
数据可视化：
• Grafana 将查询到的数据以图表和仪表盘的形式展示出来。
告警管理：
• Prometheus 的告警规则触发后，Alertmanager 处理告警并发送通知。

3.2 组合优势

强大的监控能力：
• Prometheus 提供高效的数据采集和存储，Grafana 提供灵活的数据可视化。
实时性：
• 支持实时数据的采集、存储和展示。
灵活性：
• 支持多种数据源和图表类型，适应不同的监控需求。
开源和社区支持：
• 两者都是开源工具，拥有活跃的社区和丰富的插件生态。

4. 典型使用场景

4.1 系统监控

• 场景：监控服务器、虚拟机、容器的 CPU、内存、磁盘、网络等性能指标。
• 实现：
• 使用 Node Exporter 收集主机指标。
• Prometheus 采集 Node Exporter 的数据。
• Grafana 展示系统性能仪表盘。

4.2 应用性能监控（APM）

• 场景：监控应用的响应时间、错误率、吞吐量等性能指标。
• 实现：
• 使用 Prometheus 客户端库在应用中暴露指标。
• Prometheus 采集应用指标。
• Grafana 展示应用性能仪表盘。

4.3 Kubernetes 监控

• 场景：监控 Kubernetes 集群的状态和资源使用情况。
• 实现：
• 使用 kube-state-metrics 和 cAdvisor 收集 Kubernetes 指标。
• Prometheus 采集 Kubernetes 指标。
• Grafana 展示 Kubernetes 集群仪表盘。

4.4 数据库监控

• 场景：监控 MySQL、PostgreSQL、MongoDB 等数据库的性能和状态。
• 实现：
• 使用 Prometheus 导出器（如 mysqld_exporter）收集数据库指标。
• Prometheus 采集数据库指标。
• Grafana 展示数据库性能仪表盘。

4.5 业务监控

• 场景：监控业务指标，如用户活跃度、订单量、交易成功率等。
• 实现：
• 在应用中暴露业务指标。
• Prometheus 采集业务指标。
• Grafana 展示业务仪表盘。

5. 示例：搭建 Prometheus + Grafana 监控系统

5.1 部署 Prometheus

下载 Prometheus：

wget https://github.com/prometheus/prometheus/releases/download/v2.30.3/prometheus-2.30.3.linux-amd64.tar.gz
tar -xvf prometheus-2.30.3.linux-amd64.tar.gz
cd prometheus-2.30.3.linux-amd64

启动 Prometheus：

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

5.2 部署 Grafana

下载并安装 Grafana：

sudo apt-get install -y adduser libfontconfig1
wget https://dl.grafana.com/oss/release/grafana-8.1.5.linux-amd64.tar.gz
tar -xvf grafana-8.1.5.linux-amd64.tar.gz
cd grafana-8.1.5

启动 Grafana：
```
./bin/grafana-server
```

5.3 配置数据源和仪表盘

打开 Grafana（默认地址：http://localhost:3000），登录（默认用户名/密码：admin/admin）。
添加 Prometheus 数据源：
• 在 Grafana 中，进入 Configuration > Data Sources，选择 Prometheus。
• 配置 Prometheus 的 URL（如 http://localhost:9090）。
导入仪表盘：
• 在 Grafana 中，进入 Dashboards > Manage，选择 Import。
• 输入仪表盘 ID（如 1860 用于 Node Exporter 监控），加载并保存。

6. 总结

Prometheus 和 Grafana 是监控和可视化领域的黄金组合。Prometheus 提供强大的数据采集和存储能力，Grafana 提供灵活的数据可视化和仪表盘功能。它们广泛应用于系统监控、应用性能监控、Kubernetes 监控、数据库监控和业务监控等场景。通过结合使用这两个工具，可以构建高效、实时的监控系统，帮助团队快速发现和解决问题。