Einsteigerhandbuch: Kubernetes Observability-Grundlagen

In der heutigen komplexen Softwareentwicklungsumgebung ist es entscheidend, sicherzustellen, dass Ihre Anwendung reibungslos läuft. Beobachtbarkeit ist ein zentraler Aspekt im Infrastrukturmanagement und hilft Entwicklungs- und Betriebsteams dabei, Einblicke in die Leistung und den Zustand von Systemen zu gewinnen, Probleme effektiv zu erkennen und zu lösen und letztendlich ein besseres Benutzererlebnis zu bieten.

Kubernetes ist eine Open-Source-Container-Orchestrierungs-Engine zur Automatisierung der Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von Containeranwendungen. Da Kubernetes immer beliebter wird, wird es immer wichtiger zu verstehen, wie man diese Cluster überwacht und beobachtet.

In diesem Artikel stellen wir das Konzept der Beobachtbarkeit und seine drei Hauptpfeiler vor: Metriken, Protokolle und Traces. Wir werden die in K8s integrierten Observability-Funktionen untersuchen und einige beliebte externe Tools vorstellen, die das Kubernetes-Observability-Erlebnis verbessern, wie z. B. Grafana, Prometheus, Loki und GrafanaTempo.

Konzept der Beobachtbarkeit

Beobachtbarkeit bezieht sich auf die Fähigkeit, den internen Zustand eines Systems durch externe Ausgabe zu verstehen. Beobachtbarkeit ist für die Überwachung und Verwaltung komplexer verteilter Systeme wie K8s von entscheidender Bedeutung. In diesem Kapitel stellen wir die drei Säulen der Beobachtbarkeit vor: Metriken, Protokollierung und Ablaufverfolgung sowie die Bedeutung der Aggregation und Korrelation von Signalen, um Ihnen zu helfen, Ihr System besser zu verstehen.

Metriken

Metriken sind quantitative Daten, die die Systemleistung darstellen, wie z. B. Reaktionszeit, CPU-Auslastung oder Speicherverbrauch. Sie helfen dabei, Trends, Anomalien und potenzielle Engpässe zu erkennen. Metriken werden in der Regel regelmäßig erfasst und können zur Erleichterung der Analyse mithilfe von Grafiken oder Diagrammen visualisiert werden.

Protokolle

Protokolle sind Textaufzeichnungen von Ereignissen und Fehlern, die im System auftreten. Sie liefern wertvolle Informationen über das Systemverhalten und ermöglichen es dem Entwicklungs- und Betriebspersonal, Probleme zu identifizieren und zu beheben. Protokolle können von Anwendungen, Diensten oder Infrastrukturkomponenten generiert werden. Typischerweise werden diese Protokolle zur Analyse gespeichert und aggregiert.

Tracking

Tracking zeichnet den detaillierten Weg einer einzelnen Anfrage durch verschiedene Dienste und Komponenten innerhalb des Systems auf. Tracing ermöglicht es Entwicklern, Interaktionen zwischen Komponenten zu verstehen, Leistungsprobleme zu identifizieren und Dienstabhängigkeiten zu optimieren.

Signale aggregieren und korrelieren

In einer Kubernetes-Umgebung ist es von entscheidender Bedeutung, Probleme durch effektives Aggregieren und Korrelieren von Signalen aus mehreren Quellen, einschließlich Metriken, Protokollen und Traces, zu diagnostizieren und zu lösen. Indem Sie diese Signale aggregieren und normalisieren, können Sie einen umfassenden Überblick über Ihr System erstellen und Leistungsprobleme oder Fehler schnell erkennen. Beispielsweise kann die Korrelation von Protokolleinträgen mit Spitzen in bestimmten Metriken dabei helfen, die Grundursache von Leistungsproblemen zu ermitteln. Ebenso ermöglicht Ihnen die Kombination von Tracing mit Metriken und Protokollen die Analyse von Anforderungsflüssen im Kontext von Systemleistung und Fehlern. Eine effektive Signalaggregation und -korrelation ist entscheidend für fundierte Entscheidungen bei der Diagnose und Lösung von Problemen in einer Kubernetes-Umgebung.

Integrierte Observability in Kubernetes

Kubernetes bietet integrierte Überwachungs- und Observability-Funktionen, um Benutzern zu helfen, den Status ihrer Cluster und Anwendungen zu verstehen. In diesem Abschnitt untersuchen wir die integrierten Tools und Ressourcen von Kubernetes, die zum Sammeln von Metriken, Protokollen und Ereignissen verwendet werden können.

In Kubernetes integrierte Überwachungstools

1. kube-state-metrics: Dieser Dienst lauscht dem Kubernetes-API-Server und generiert Metriken über den Status verschiedener Kubernetes-Objekte wie Bereitstellungen, Pods und Knoten. Diese Metriken spiegeln Informationen über den Gesamtzustand und den Status des Clusters wider.
2. cAdvisor: Container Advisor ist ein Open-Source-Projekt, das Ressourcennutzungs- und Leistungsdaten für Container sammelt, die innerhalb eines Knotens ausgeführt werden. Es ist standardmäßig in das Kubelet integriert und liefert wichtige Kennzahlen zur CPU-, Speicher-, Netzwerk- und Dateisystemnutzung des Containers.
3. Metrics Server: Clusterweiter Aggregator für Ressourcennutzungsdaten. Metrics Server sammelt Daten von Kubelets und stellt sie über die Kubernetes-API bereit, sodass Sie die Cluster-weite Ressourcennutzung überwachen, Anwendungen automatisch skalieren und Ressourcengrenzen festlegen können.

Kubernetes-Ereignisse und -Protokolle

Kubernetes generiert Ereignisse, um wichtige Änderungen im Cluster aufzuzeichnen, wie z. B. das Erstellen oder Löschen von Pods und Fehler, die innerhalb des Systems auftreten. Auf diese Ereignisse kann über Befehle oder die Kubernetes-API zugegriffen werden. Darüber hinaus kann auf Protokolle zugegriffen werden, die von Containeranwendungen, Systemkomponenten und Kubelets generiert werden, indem Sie den Befehl kubectl logs verwenden oder direkt auf die Protokolldateien auf dem Knoten zugreifen.

Kubernetes-Dashboard

Das Kubernetes-Dashboard ist eine webbasierte Benutzeroberfläche, die einen Überblick über den Clusterstatus bietet und es Ihnen ermöglicht, Ressourcen anzuzeigen und zu verwalten, die Leistung zu überwachen und Probleme zu lösen. Das Dashboard zeigt wichtige Metriken, Protokolle und Ereignisse im Zusammenhang mit dem Cluster an und ist ein wichtiges Tool zum Abrufen von Informationen über Ihre Kubernetes-Umgebung.

Durch die Nutzung dieser integrierten Observability-Funktionen können Sie sich ein grundlegendes Verständnis der Leistung und des Zustands von Kubernetes-Clustern verschaffen. Für erweiterte Überwachungs-, Visualisierungs- und Analysefunktionen sollten Sie jedoch auch die Verwendung externer Observability-Tools in Betracht ziehen.

Observability Tools für Kubernetes

Zusätzlich zu den integrierten Observability-Funktionen gibt es mehrere externe Tools, die Ihnen helfen können, Ihre Überwachung und Analyse der Kubernetes-Umgebung zu verbessern. In diesem Abschnitt stellen wir beliebte Tools wie Prometheus, Grafana, Loki und Grafana Tempo kurz vor und konzentrieren uns dabei auf ihre Hauptfunktionen und Vorteile.

Prometheus

Prometheus ist eine leistungsstarke Open-Source-Überwachungs- und Alarmierungs-Toolbox, die auf Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit ausgelegt ist. Es verwendet ein Pull-Modell, um Metriken von Kubernetes-Clustern und -Anwendungen zu sammeln. Mithilfe der leistungsstarken Abfragesprache PromQL können Sie Metriken analysieren und benutzerdefinierte Benachrichtigungen erstellen, um Sie über mögliche Probleme zu informieren.

Grafana

Grafana ist eine weit verbreitete Open-Source-Visualisierungs- und Analyseplattform, mit der Sie interaktive und anpassbare Dashboards zur Überwachung Ihrer Kubernetes-Umgebung erstellen können. Es lässt sich perfekt in Prometheus, Loki und Grafana Tempo integrieren und bietet eine einheitliche Schnittstelle zur Visualisierung von Metriken, Protokollen und Spuren aus verschiedenen Datenquellen.

Loki

Loki wurde von Grafana Labs entwickelt und ist ein für Kubernetes optimiertes Protokollaggregations- und Abfragesystem. Es indiziert und speichert Protokolle basierend auf Metadaten wie Tags, was es effizient und kostengünstig macht. Mit LogQL, der Abfragesprache von Lokide, können Sie Protokolle auf ähnliche Weise wie Prometheus durchsuchen und analysieren und dabei Protokolldaten mit metrischen Daten korrelieren, um bessere Erkenntnisse zu gewinnen.

Grafana Tempo

Grafana Labs stellt außerdem Tempo vor, ein skalierbares, verteiltes Rückverfolgungssystem mit hoher Kapazität, das auf Einfachheit und Benutzerfreundlichkeit ausgelegt ist. Es kann in Grafana integriert werden und zur Visualisierung und Analyse von Trace-Daten verwendet werden, um Ihnen bei der Identifizierung und Optimierung von Leistungsproblemen in Ihrer Microservices-Architektur zu helfen.

Diese Tools erstellen bei gemeinsamer Verwendung einen leistungsstarken Observability-Stack, der Ihnen hilft, Probleme in Ihrer Kubernetes-Umgebung besser zu überwachen, zu analysieren und zu beheben. Wir haben nur einen kurzen Überblick über die Fähigkeiten jedes Tools gegeben. Detaillierte Artikel über die Einrichtung und Architektur dieser Tools werden Ihnen helfen, ein tieferes Verständnis für jede Lösung zu erlangen und sie effektiv in Ihren Projekten zu implementieren.

Implementierung von Observability in Kubernetes: Ein vollständiger Technologie-Stack und Überlegungen für Entwickler

In Kombination mit den zuvor besprochenen Tools können Sie einen vollständigen Observability-Stack für Ihre Kubernetes-Umgebung erstellen. Durch die Integration von Prometheus, Grafana, Loki und Grafana Tempo können Sie Metriken, Protokolle und Tracing-Probleme effektiv überwachen, analysieren und lösen.

Ein wichtiger Aspekt der Beobachtbarkeit besteht darin, dass Entwickler beim Entwerfen und Implementieren von Anwendungen aussagekräftige Metriken bereitstellen, klar strukturierte Protokolle erstellen und Tracing-Lösungen integrieren können. Entwickler sollten auf Folgendes achten:

1. Offengelegte Metriken: Stellen Sie sicher, dass die Anwendung relevante und umsetzbare Metriken offenlegt, die mit Überwachungstools wie Prometheus kompatibel sein sollten. Beliebte Bibliotheken und Frameworks bieten oft integrierte Unterstützung für die metrische Offenlegung.
2. Klar strukturierte Protokollierung: Implementieren Sie eine klar strukturierte Protokollierung in Ihrer Anwendung und befolgen Sie dabei Best Practices und Konventionen. Dies erleichtert Ihnen die Analyse und Korrelation von Protokollen mit Tools wie Loki.
3. Integration mit Tracing-Lösungen: Integrieren Sie eine Tracing-Bibliothek oder ein Framework in Ihre Anwendung, um eine durchgängige Anforderungsverfolgung und Leistungsanalyse mit Tools wie Grafana Tempo zu ermöglichen.

Zu den Vorteilen der Verwendung eines vollständigen Observability-Stacks in einer Kubernetes-Umgebung gehören:

1. Bietet eine einheitliche Plattform mit Metriken, Protokollen und Traces für einen vollständigen Überblick über die Leistung und den Zustand des Systems.
2. Verbessern Sie die Problemerkennung, Diagnose und Lösung, um die Benutzererfahrung zu verbessern und Ausfallzeiten zu reduzieren.
3. Fördern Sie eine verbesserte Zusammenarbeit zwischen Entwicklungs- und Betriebsteams, um ein besseres Verständnis und eine gemeinsame Verantwortung für die Systemleistung zu erreichen.

Durch die Implementierung eines vollständigen Observability-Stacks und die Nutzung der Rolle, die Entwickler bei der Erstellung beobachtbarer Anwendungen spielen, können Sie die Leistung von Systemen in Ihrer Kubernetes-Umgebung besser überwachen, analysieren und optimieren. Dies trägt dazu bei, die langfristige Stabilität der Anwendung sicherzustellen und den Benutzern schnelle, konsistente Antworten zu bieten.

Zusammenfassung

In diesem Einsteigerleitfaden haben wir die Grundkonzepte der Beobachtbarkeit und ihre drei Hauptpfeiler untersucht: Metriken, Protokolle und Ablaufverfolgung. Wir haben auch die in Kubernetes verfügbaren integrierten Observability-Funktionen besprochen und eine leistungsstarke Kombination externer Tools vorgestellt, darunter Prometheus, Grafana, Loki und GrafanaTempo, die zusammen einen umfassenden Observability-Stack für Kubernetes-Umgebungen bilden.

Beobachtbarkeit zu verstehen und umzusetzen ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Anwendungsleistung, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit auf Kubernetes. Durch die Nutzung integrierter und externer Tools können Sie den Systemzustand überwachen, Probleme proaktiv erkennen und beheben sowie Ihre Infrastruktur für ein besseres Benutzererlebnis optimieren.

Wenn Sie immer tiefer in die Observability von Kubernetes eintauchen, denken Sie daran, den Aufbau und die Architektur jedes Tools genauer zu erkunden und es an die spezifischen Anforderungen Ihres Projekts anzupassen, damit Sie bestens auf die sich ständig weiterentwickelnden Software-Herausforderungen von heute in der Überwachung und Bewältigung vorbereitet sind Verwaltung komplexer, verteilter Systeme in Entwicklungsumgebungen.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonEinsteigerhandbuch: Kubernetes Observability-Grundlagen. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!