Elastic可觀測性是通過Kibana可視化能力，將日志、指標及APM數據結合在一起，實現對容器數據的觀測和分析。當您的應用程序以Pods方式部署在Kubernetes中，可以在Kibana中查看Pods生成日志、主機和網絡上的事件指標及APM數據，逐步縮小排查范圍進行故障排查。本文介紹具體的實現方法。

前提條件

背景信息

本文介紹如何使用Elastic實現對Kubernetes容器的全方位檢測，具體內容如下：

關于Metricbeat、Filebeat及APM更多的特性說明，請參見Infrastructure monitoring、Log monitoring和Elastic APM。

通過Metricbeat實現指標采集

在Kubernetes上部署Metricbeat，有以下兩種方式：
  • DaemonSet：保證每個節點運行一個Pod，可以實現對Host指標、System指標、Docker統計信息以及Kubernetes上運行的所有服務指標的采集。
  • Deployment：部署單個Metricbeat實例，該實例用于檢索整個集群的唯一指標，如kubernetes event或者kube-state-metrics。
重要
  • 本文以同時使用DaemonSet和Deployment的部署方式為例介紹如何部署Metricbeat容器，您也可以僅使用DaemonSet方式或Deployment方式進行部署。
  • Metricbeat依賴kube-state-metrics監控，部署前需要確保已完成kube-state-metrics的部署。阿里云ACK容器默認在arms-prom命名空間下部署了kube-state-metrics監控。
  1. 通過kubectl訪問云容器，下載Metricbeat配置文件。 
    curl -L -O https://raw.githubusercontent.com/elastic/beats/6.8/deploy/kubernetes/metricbeat-kubernetes.yaml
  2. 修改Metricbeat配置文件。
    重要

    官方下載的YML文件中，DaemonSets和Deployments的資源使用extensions/v1beta1，而v1.18及以上版本的Kubernetes，DaemonSets、Deployments和Replicasets資源的extensions/v1beta1 API將被廢棄，請使用apps/v1。

    1. 修改kind: Deployment和kind: DaemonSet下的配置信息。
      • 修改環境變量，具體內容如下：
        env:
- name: ELASTICSEARCH_HOST
  value: es-cn-nif23p3mo0065****.elasticsearch.aliyuncs.com
- name: ELASTICSEARCH_PORT
  value: "9200"
- name: ELASTICSEARCH_USERNAME
  value: elastic
- name: ELASTICSEARCH_PASSWORD
  value: ****
- name: KIBANA_HOST
  value: es-cn-nif23p3mo0065****-kibana.internal.elasticsearch.aliyuncs.com
- name: KIBANA_PORT
  value: "5601"
        說明 下載的Metricbeat配置文件中默認未定義Kibana相關變量，可以通過容器env傳入變量信息。
        參數 說明
        ELASTICSEARCH_HOST 阿里云Elasticsearch實例的私網地址。
        ELASTICSEARCH_PORT 阿里云Elasticsearch實例的私網端口。
        ELASTICSEARCH_USERNAME 阿里云Elasticsearch的用戶名，默認值elastic。
        ELASTICSEARCH_PASSWORD elastic用戶的密碼。
        KIBANA_HOST Kibana私網地址。
        KIBANA_PORT Kibana私網端口。
      • 增加spec.selector配置信息，具體內容如下：
        ## kind: DaemonSet
spec:
  selector:
    matchLabels:
       k8s-app: metricbeat
  template:
    metadata:
      labels:
        k8s-app: metricbeat

## kind: Deployment
spec:
  selector:
    matchLabels:
       k8s-app: metricbeat
  template:
    metadata:
      labels:
        k8s-app: metricbeat
    2. 分別在name: metricbeat-daemonset-config和name: metricbeat-deployment-config下，配置Kibana Output信息，調用文件中配置的環境變量。 
      output.elasticsearch:
      hosts: ['${ELASTICSEARCH_HOST:elasticsearch}:${ELASTICSEARCH_PORT:9200}']
      username: ${ELASTICSEARCH_USERNAME}
      password: ${ELASTICSEARCH_PASSWORD}
setup.kibana:
      host: "https://${KIBANA_HOST}:${KIBANA_PORT}"
setup.dashboards.enabled: true
    3. 修改metricbeat-daemonset-modules配置，定義system模塊監控的cpu、load、memory、network等系統指標，以及kubernetes模塊可以獲取的監控指標。
      說明 關于Metricbeat更多的模塊配置及指標說明，請參見 System module和 Kubernetes module。 
      apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: metricbeat-daemonset-modules
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: metricbeat
data:
  system.yml: |-
    - module: system
      period: 10s
      metricsets:
        - cpu
        - load
        - memory
        - network
        - process
        - process_summary
        - core
        - diskio
        - socket
      processes: ['.*']
      process.include_top_n:
        by_cpu: 5      # include top 5 processes by CPU
        by_memory: 5   # include top 5 processes by memory

    - module: system
      period: 1m
      metricsets:
        - filesystem
        - fsstat
      processors:
      - drop_event.when.regexp:
          system.filesystem.mount_point: '^/(sys|cgroup|proc|dev|etc|host|lib)($|/)'
  kubernetes.yml: |-
    - module: kubernetes
      metricsets:
        - node
        - system
        - pod
        - container
        - volume
      period: 10s
      host: ${NODE_NAME}
      hosts: ["localhost:10255"]
    4. 修改metricbeat-deployment-modules配置，獲取kube-state-metric監控指標和event服務指標。
      重要 Metricbeat服務創建在kube-system的namespace下，kube-state-metrics默認創建在arms-prom的namespace下，由于namespace不同，所以hosts的命名格式為kube-state-metrics.<namespace>:8080。如果Metricbeat服務與kube-state-metrics模塊都創建在同一namespace下，則hosts的命名格式為kube-state-metrics:8080。 
      apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: metricbeat-deployment-modules
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: metricbeat
data:
  # This module requires `kube-state-metrics` up and running under `kube-system` namespace
  kubernetes.yml: |-
    - module: kubernetes
      metricsets:
        - state_node
        - state_deployment
        - state_replicaset
        - state_pod
        - state_container
      period: 10s
      host: ${NODE_NAME}
      hosts: ["kube-state-metrics.arms-prom:8080"]
    # Uncomment this to get k8s events:
    - module: kubernetes
      metricsets:
        - event
    5. 配置RBAC權限聲明，保證Metricbeat可以獲取到Kubernetes集群資源信息。 
      apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: metricbeat
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: metricbeat
  namespace: kube-system
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: metricbeat
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: metricbeat
  labels:
    k8s-app: metricbeat
rules:
- apiGroups: [""]
  resources:
  - nodes
  - namespaces
  - events
  - pods
  verbs: ["get", "list", "watch"]
- apiGroups: ["extensions"]
  resources:
  - replicasets
  verbs: ["get", "list", "watch"]
- apiGroups: ["apps"]
  resources:
  - statefulsets
  - deployments
  verbs: ["get", "list", "watch"]
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - nodes/stats
  verbs:
  - get
---
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: metricbeat
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: metricbeat
---
  3. 部署Metricbeat，并查看資源狀態。

    通過kubectl執行以下命令：

    kubectl apply -f metricbeat-kubernetes.yaml
kubectl get pods -n kube-system
    重要 請確保Pods資源均處于Running狀態，否則在Kibana平臺有可能會看不到相應數據。
  4. 在Kibana查看監測數據。
    1. 登錄目標阿里云Elasticsearch實例的Kibana控制臺。
      具體操作步驟請參見 登錄Kibana控制臺。
    2. 單擊左側菜單Infrastructure。
    3. 查看Hosts、Kubernetes Pods對應的Metrics信息。
      • 查看Hosts對應的Metrics信息：單擊右上角Hosts，在Map View頁簽下，單擊指定Host，選擇View metrics，就可以查看對應的CPU、Load、Memory等指標數據。
        Hosts Host metrics
      • 查看Kubernetes Pods對應的Metrics信息：單擊右上角Kubernetes，在Map View頁簽下，單擊指定Pod，選擇View metrics，就可以查看對應的CPU、Memory、Network等指標數據。
        Pod metrics
    4. 查看Kubernetes集群資源總覽數據。

      單擊左側菜單Dashboard，選擇[Metricbeat Kubernetes] Overview，就可以查看集群資源總覽數據。

      overview

通過Filebeat實現日志采集

本文示例中，Filebeat容器使用DaemonSet控制器部署，確保集群上每一個節點都有一個正在運行的實例采集數據，并且配置文件中的資源部署在kube-system命名空間下。您如果需要改變，可以手動更改配置文件。

  1. 下載Filebeat配置文件。
    通過kubectl訪問云容器，下載Filebeat配置文件。 
    curl -L -O https://raw.githubusercontent.com/elastic/beats/6.8/deploy/kubernetes/filebeat-kubernetes.yaml
  2. 修改Filebeat配置文件。
    1. 修改kind: DaemonSet下的環境變量。 
      env:
- name: ELASTICSEARCH_HOST
  value: es-cn-nif23p3mo0065****.elasticsearch.aliyuncs.com
- name: ELASTICSEARCH_PORT
  value: "9200"
- name: ELASTICSEARCH_USERNAME
  value: elastic
- name: ELASTICSEARCH_PASSWORD
  value: ****
- name: KIBANA_HOST
  value: es-cn-nif23p3mo0065****-kibana.internal.elasticsearch.aliyuncs.com
- name: KIBANA_PORT
  value: "5601"
- name: NODE_NAME
  valueFrom:
     fieldRef:
        fieldPath: spec.nodeName
      參數 說明
      ELASTICSEARCH_HOST 阿里云Elasticsearch實例的私網地址。
      ELASTICSEARCH_PORT 阿里云Elasticsearch實例的私網端口。
      ELASTICSEARCH_USERNAME 阿里云Elasticsearch的用戶名，默認值elastic。
      ELASTICSEARCH_PASSWORD elastic用戶的密碼。
      KIBANA_HOST Kibana私網地址。
      KIBANA_PORT Kibana私網端口。
      NODE_NAME Kubernetes集群Host。
    2. 修改name: filebeat-config對應的ConfigMap配置信息，配置Kibana Output信息，調用文件中配置的環境變量。 
      output.elasticsearch:
      hosts: ['${ELASTICSEARCH_HOST:elasticsearch}:${ELASTICSEARCH_PORT:9200}']
      username: ${ELASTICSEARCH_USERNAME}
      password: ${ELASTICSEARCH_PASSWORD}
setup.kibana:
      host: "https://${KIBANA_HOST}:${KIBANA_PORT}"
    3. 配置Kubernetes，采集容器日志。 
      apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: filebeat-inputs
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: filebeat
data:
  kubernetes.yml: |-
    - type: docker
      containers.ids:
      - "*"
      processors:
        - add_kubernetes_metadata:
            host: ${NODE_NAME}
            in_cluster: true
---
  3. 在Kubernetes中部署Filebeat，并查看資源狀態。

    通過kubectl執行以下命令：

    kubectl apply -f filebeat-kubernetes.yaml
kubectl get pods -n kube-system
    重要 請確保Pods資源均處于Running狀態，否則在Kibana平臺有可能會看不到相應數據。
  4. 在Kibana查看實時日志。
    1. 登錄目標阿里云Elasticsearch實例的Kibana控制臺。
      具體操作步驟請參見 登錄Kibana控制臺。
    2. 查看Hosts、Kubernetes Pods對應的日志。
      • 查看Hosts對應的日志信息：單擊右上角Hosts，在Map View頁簽下，單擊指定Host，選擇View logs，就可以查看Host實時日志。
      • 查看Kubernetes Pods對應的日志信息：單擊右上角Kubernetes，在Map View頁簽下，單擊指定Pod，選擇View logs，就可以查看Pod實時日志。
        view logs

通過Elastic APM實現應用程序性能監測

Elastic APM是基于Elastic Stack構建的應用程序性能監控系統。它提供實時監控軟件服務和應用程序的功能，采集傳入請求的響應時間和數據庫查詢、高速緩存調用及外部HTTP請求等的詳細性能信息，幫助您更快速的查明并修復性能問題。Elastic APM還可以自動收集未處理的錯誤、異常及調用棧，幫助您識別出新錯誤，并關注對應錯誤發生的次數。

關于Elastic APM更多的介紹，請參見Elastic APM Overview。

  1. 部署APM Server容器。
    本文示例使用Kubernetes部署，通過ConfigMap控制器定義apm-server.yml文件，并初始化Pods啟動，通過service實現服務自動發現和負載均衡。
    1. 配置apm-server.yml文件。

      完整的配置文件內容如下：

      ---
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: apm-deployment-config
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: apmserver
data:
  apm-server.yml: |-
      apm-server.host: "0.0.0.0:8200" 
      output.elasticsearch:
         hosts: ['${ELASTICSEARCH_HOST:elasticsearch}:${ELASTICSEARCH_PORT:9200}']
         username: ${ELASTICSEARCH_USERNAME}
         password: ${ELASTICSEARCH_PASSWORD}
      setup.kibana:
         host: "https://${KIBANA_HOST}:${KIBANA_PORT}"

---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: apmserver
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: apmserver
spec:
  selector:
    matchLabels:
       k8s-app: apmserver
  template:
    metadata:
      labels:
        k8s-app: apmserver
    spec:
      serviceAccountName: apmserver
      hostNetwork: true
      dnsPolicy: ClusterFirstWithHostNet
      containers:
      - name: apmserver
        image: docker.elastic.co/apm/apm-server:6.8.14
        args: [
          "-c", "/etc/apm-server.yml",
          "-e",
        ]
        env:
        - name: ELASTICSEARCH_HOST
          value: es-cn-oew20i5h90006****.elasticsearch.aliyuncs.com
        - name: ELASTICSEARCH_PORT
          value: "9200"
        - name: ELASTICSEARCH_USERNAME
          value: elastic
        - name: ELASTICSEARCH_PASSWORD
          value: ****
        - name: KIBANA_HOST
          value: es-cn-oew20i5h90006****-kibana.internal.elasticsearch.aliyuncs.com
        - name: KIBANA_PORT
          value: "5601"
        - name: NODE_NAME
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: spec.nodeName
        securityContext:
          runAsUser: 0
        resources:
          limits:
            memory: 50Mi
          requests:
            cpu: 20m
            memory: 30Mi
        volumeMounts:
        - name: config
          mountPath: /etc/apm-server.yml
          readOnly: true
          subPath: apm-server.yml
      volumes:
      - name: config
        configMap:
          defaultMode: 0600
          name: apm-deployment-config
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: apmserver
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: apmserver
spec:
  clusterIP: None
  ports:
  - name: http-metrics
    port: 8200
    targetPort: 8200
  selector:
    k8s-app: apmserver
---
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: apmserver
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: apmserver
---
      重要
      • Deployment部署資源中，使用docker.elastic.co/apm/apm-server:6.8.14鏡像部署Pods容器，鏡像版本需要和阿里云Elasticsearch實例版本一致。
      • 通過service對集群暴露8200服務端口，保證APM Agents可與APM Server通信。
      參數 說明
      ELASTICSEARCH_HOST 阿里云Elasticsearch實例的私網地址。
      ELASTICSEARCH_PORT 阿里云Elasticsearch實例的私網端口。
      ELASTICSEARCH_USERNAME 阿里云Elasticsearch的用戶名，默認值elastic。
      ELASTICSEARCH_PASSWORD elastic用戶的密碼。
      KIBANA_HOST Kibana私網地址。
      KIBANA_PORT Kibana私網端口。
      NODE_NAME Kubernetes集群Host。
    2. 部署APM Server容器，并查看資源狀態。

      通過kubectl執行以下命令：

      kubectl apply -f apm-server.yml
kubectl get pods -n kube-system
      重要 請確保Pods資源均處于Running狀態，否則在Kibana平臺有可能會看不到相應數據。
  2. 配置APM Agents。
    本文示例是通過Spring Boot實現一個簡單的Web應用并打包為JAR包，并將JAR包和從Maven Central下載的最新Java Agent上傳到服務器。詳細信息，請參見 Spring Boot和 Maven Central。
    1. 登錄Kubernetes節點，在工作目錄中創建Dockerfile文件，文件名為myapply。
      Dockerfile文件內容如下： 
      FROM frolvlad/alpine-oraclejdk8
MAINTAINER peterwanghao.com
VOLUME /tmp
ADD spring-boot-0.0.1-SNAPSHOT.jar spring-boot-0.0.1-SNAPSHOT.jar
ADD elastic-apm-agent-1.21.0.jar elastic-apm-agent-1.21.0.jar
EXPOSE 8080
ENTRYPOINT ["java","-javaagent:/elastic-apm-agent-1.21.0.jar","-Delastic.apm.service_name=my-application","-Delastic.apm.server_url=http://apmserver:8200","-Delastic.apm.application_packages=com.example","-jar","/spring-boot-0.0.1-SNAPSHOT.jar"]
      ENTRYPOINT定義容器啟動時運行的Java命令及參數如下：
      參數 說明
      -javaagent 指定APM Agent代理JAR包。
      -Delastic.apm.service_name APM Service Name，允許以下字符：a-z、A-Z、0-9、-、_及空格。
      -Delastic.apm.server_url APM Server URL，http://apmserver:8200是在apm-server.yml文件中的service定義。
      -Delastic.apm.application_packages 應用程序的基礎軟件包。
      -jar 指定應用JAR包。
    2. 通過docker build命令和Dockerfile定義的myapply文件構建鏡像。
      在當前路徑下，執行以下命令： 
      docker build -t myapply .
    3. 將構建好的鏡像加載到其他容器節點。
    4. 配置Pods部署文件，文件名為my-application.yaml。
      文件內容如下： 
      ---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-apply
  namespace: kube-system
  labels:
    app: my-apply
spec:
  containers:
    - name: my-apply
      image: myapply:latest
      ports:
        - containerPort: 8080
      imagePullPolicy: Never
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-apply
  namespace: kube-system
  labels:
    app: my-apply
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - name: http-metrics
    port: 8080
    nodePort: 30000
  selector:
    app: my-apply

---
      說明 image為構建好的鏡像文件。
    5. 通過kubectl執行以下命令，部署Pods。 
      kubectl apply -f my-application.yaml
    6. 待所有Pods資源均處于Running狀態后，使用Curl訪問主機的30000端口。
      執行命令如下： 
      curl http://10.7.XX.XX:30000
      說明 10.7.XX.XX為Kubernetes的節點IP地址。

      能夠訪問對應主機后，APM Agents部署成功。

  3. 在Kibana控制臺查看APM監控數據。
    1. 登錄目標阿里云Elasticsearch實例的Kibana控制臺。
      具體操作步驟請參見 登錄Kibana控制臺。
    2. 單擊左側菜單APM。
    3. 單擊目標應用程序，本文示例為my-application，可以看到服務的整體性能數據。
      APM
    4. 單擊對應的請求接口，可以看到具體的請求信息。
      APM 接口詳情
    5. 查看Hosts、Pods相關日志和指標數據。
      單擊 Actions，選擇 Show pod logs、 Show pod metrics等，查看對應的日志和指標數據。
      Actions Pod Logs

常見問題

  • 問題：Kubernetes配置文件中resources.requests下資源設置較大，Pods無法啟動成功。

    解決方案：Metricbeat、Filebeat、APM配置文件中都需要設置resources.requests，建議根據Kubernetes集群規格適當調整設置的值。

  • 問題：在部署Metricbeat、Filebeat、APM容器時，一直報錯。報錯內容類似：no matches for kind "DaemonSet" in version "extensions/v1beat1"。

    解決方案：官方下載的YML文件中，Daemonsets和Deployments的資源使用extensions/v1beta1，而v1.18及以上版本的Kubernetes，Daemonsets、Deployments和Replicasets資源的extensions/v1beta1 API將被廢棄，請使用apps/v1。