初學者指南：Kubernetes可觀測性基礎知識

在當今複雜的軟體開發環境中，確保應用程式的順暢運作至關重要。可觀測性是基礎設施管理的關鍵方面，它幫助開發和維運團隊深入了解系統的性能和健康狀況，有效地檢測和解決問題，並最終提供更好的用戶體驗。

Kubernetes是一個開源的容器編排引擎，用來對容器化應用進行自動化部署、擴充和管理。隨著 Kubernetes的普及，了解如何監視和觀察這些集群變得至關重要。

在本文中，我們將介紹可觀測性的概念及其三個主要支柱：指標、日誌和追蹤。我們將探討 K8s中自帶的可觀測性功能，並介紹一些流行的可增強Kubernetes可觀測性體驗的外部工具，如 Grafana、Prometheus、Loki和GrafanaTempo。

可觀測性概念

可觀測性是指透過外部輸出來了解系統內部狀態的能力。可觀測性對於監控管理諸如K8s一類的複雜的分散式系統至關重要。在這一章節，我們將介紹可觀測性的三大支柱：指標、日誌與跟踪，以及聚合和關聯訊號的重要性，以幫助您更好地理解您的系統。

指標

指標是表示系統效能的量化數據，如回應時間、CPU使用率或記憶體消耗。它們有助於識別趨勢、異常情況和潛在瓶頸。指標通常定期收集，並可以使用圖形或圖表進行視覺化，以便於分析。

日誌

日誌是系統內發生的事件和錯誤的文字記錄。它們提供了有關係統行為的有價值信息，使開發和維運人員能夠識別和調試問題。日誌可以由應用程式、服務或基礎架構元件產生。通常，這些日誌會被儲存和聚合以便於分析。

追蹤

追蹤記錄了單一請求通過系統內的各種服務和元件的詳細路徑。追蹤使開發人員能夠理解組件之間的交互，識別效能問題，並優化服務依賴關係。

聚合和關聯訊號

在Kubernetes環境中，透過有效地聚合和關聯來自多個來源的訊號，包括指標、日誌和跟踪，對於診斷和解決問題至關重要。透過聚合這些訊號並對它們進行規範化處理，可以建立一個全面的系統視圖，並快速識別效能問題或錯誤。例如，將日誌條目與特定指標的峰值相關聯可以幫助確定效能問題的根本原因。同樣地，將追蹤與指標和日誌結合起來，使您能夠在系統效能和錯誤的上下文中分析請求流。在 Kubernetes環境中診斷和解決問題時，有效的訊號聚合和關聯對於做出明智的決策至關重要。

Kubernetes內建的可觀測性

Kubernetes提供了內建的監控和可觀測性功能，幫助使用者了解叢集和應用程式的狀態。在本節中，我們將探討Kubernetes提供的內建工具和資源，這些工具和資源可以用來收集指標、日誌和事件。

Kubernetes內建監控工具

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1. kube-state-metrics：此服務監聽Kubernetes API伺服器，並產生各種Kubernetes物件（如部署、Pod和節點）狀態的指標。這些指標反映了有關叢集整體健康狀況和狀態
2. cAdvisor:：Container Advisor是一個開源項目，用於收集在節點內運行的容器的資源使用和效能資料。它預設整合在kubelet中，並提供有關容器CPU、記憶體、網路和檔案系統使用情況的重要指標。
3. Metrics Server：叢集範圍的資源使用資料聚合器。 Metrics Server從kubelets收集數據，並透過Kubernetes API公開，讓您可以監視整個叢集範圍內的資源使用情況，自動擴展應用程式並設定資源限制。

Kubernetes事件和日誌

Kubernetes產生事件來記錄叢集中重要的變更，例如 Pod的建立或刪除以及系統內部發生的錯誤。這些事件可以使用命令或 KubernetesAPI來存取。此外，容器化應用程式、系統元件和 kubelet產生的日誌可以使用 kubectl logs命令或直接存取節點上的日誌檔案來存取。

Kubernetes 儀表板

#Kubernetes儀表板是一個基於Web的使用者介面，提供了叢集狀態的概述，允許您查看和管理資源、監視效能和解決問題。儀表板顯示與叢集相關的關鍵指標、日誌和事件，是取得 Kubernetes環境資訊的重要工具。

透過利用這些自帶的可觀測性功能，您可以基本了解 Kubernetes叢集效能和健康狀況。然而，對於更高階的監視、視覺化和分析功能，也考慮使用外部的可觀測性工具。

針對Kubernetes的可觀測性工具

除了自帶的可觀測性功能，還有幾個外部工具可以幫助增強您對Kubernetes環境的監視和分析。在本節中，我們將簡要介紹流行的工具，如 Prometheus、Grafana、Loki和 Grafana Tempo，重點介紹它們的主要功能和優點。

Prometheus

#Prometheus是一種功能強大的開源監視和警報工具箱，旨在實現可靠性和可擴展性。它使用拉取模型從 Kubernetes叢集和應用程式收集指標。透過其強大的查詢語言 PromQL，您可以分析指標並建立自訂警報，以通知您可能存在的問題。

Grafana

#Grafana是廣泛使用的開源視覺化和分析平台，可協助您建立互動式和可自訂的儀表板，以監視您的Kubernetes環境。它與 Prometheus、Loki和 Grafana Tempo完美集成，提供一個統一的介面，可從各種資料來源中視覺化指標、日誌和追蹤。

Loki

#由 Grafana Labs開發，Loki是針對 Kubernetes最佳化的日誌聚合和查詢系統。它基於標籤等元資料索引和儲存日誌，使其高效且經濟實惠。透過Lokide查詢語言 LogQL，您可以實現類似於 Prometheus的方式搜尋和分析日誌，將日誌資料與指標資料相關聯，以獲得更好的洞察力。

Grafana #Tempo

Grafana Labs也推出了Tempo ，這是一個可擴展的、高容量的分散式追蹤系統，旨在實現簡單易用。它可與Grafana集成，可用於視覺化和分析追蹤數據，幫助您識別和優化微服務體系結構中的效能問題。

這些工具在結合使用時，可以建立一個強大的可觀測性堆疊，幫助您更好地監視、分析和排除Kubernetes環境中的問題。我們只提供了每個工具功能的簡單概述，涵蓋這些工具設定和架構的詳細文章將有助於您深入了解每個解決方案，並在專案中有效地實現它們。

實作Kubernetes 中的可觀測性：完整的技術堆疊和開發者考慮事項

結合前面討論的工具，您可以為Kubernetes環境創建一個完整的可觀測性堆疊。透過整合 Prometheus、Grafana、Loki和 Grafana Tempo，您可以有效地監視、分析和解決指標、日誌和追蹤問題。

可觀測性的一個重要方面是開發人員在設計和實現應用程式時暴露有意義的指標、產生清晰結構化的日誌並與追蹤解決方案整合。開發人員應該注意以下幾點：

1. 暴露指標：確保應用程式暴露相關且可操作的指標，這些指標應該可以與像Prometheus這樣的監視工具相容。流行的庫和框架通常包含內建支援來實現指標暴露。
2. 清晰結構化的日誌：在應用程式中實作清晰結構化日誌，遵循最佳實務和約定。這將讓你在使用類似 Loki的工具分析和關聯日誌時變得更加容易。
3. 與追蹤解決方案整合：將追蹤程式庫或框架整合到應用程式中，使用類似Grafana Tempo的工具啟用端到端請求追蹤和效能分析。

在Kubernetes環境中使用完整的可觀測性堆疊的好處包括：

1. 提供指標、日誌和追蹤的統一平台，全面了解系統的性能和健康狀況。
2. 改善問題偵測、診斷和解決，從而提高使用者體驗並減少停機時間。
3. 促進開發和維運團隊之間的增強協作，在系統系統效能方面實現更好的理解和責任共享。

綜合來看，透過實作完整的可觀測性堆疊，並充分利用開發人員在創建可觀察應用程式中扮演的角色，您將能夠更好地監控、分析和優化Kubernetes環境中的系統效能。這將有助於確保應用程式長期穩定運行，並為用戶提供快速、一致的回應。

總結

在這篇初學者指南中，我們探討了可觀測性的基本概念及其三個主要支柱：指標、日誌和追蹤。我們還討論了Kubernetes中提供的內建可觀測性功能，並介紹了一個強大的外部工具組合，包括 Prometheus、Grafana、Loki和GrafanaTempo，它們共同構成了 Kubernetes環境的綜合可觀測性堆疊。

理解並實施可觀測性對於保持應用程式在 Kubernetes上的效能、可用性和可靠性是至關重要的。透過利用內建和外部工具，可以實現監視系統健康狀況，主動檢測和解決問題，並為更好的使用者體驗優化基礎設施。

當您繼續深入研究Kubernetes可觀測性時，請記得更詳細地探索每個工具的設定和架構，並根據專案的特定要求進行調整，以便您能充分準備好應對今天不斷發展的軟體開發環境中複雜、分散式系統監視和管理方面的挑戰。

以上是初學者指南：Kubernetes可觀測性基礎知識的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！