Elastic可观测性是通过Kibana可视化能力，将日志、指标及APM数据结合在一起，实现对容器数据的观测和分析。当您的应用程序以Pods方式部署在Kubernetes中，可以在Kibana中查看Pods生成日志、主机和网络上的事件指标及APM数据，逐步缩小排查范围进行故障排查。本文介绍具体的实现方法。

前提条件

背景信息

本文介绍如何使用Elastic实现对Kubernetes容器的全方位检测，具体内容如下：

关于Metricbeat、Filebeat及APM更多的特性说明，请参见Infrastructure monitoring、Log monitoring和Elastic APM。

通过Metricbeat实现指标采集

在Kubernetes上部署Metricbeat，有以下两种方式：
  • DaemonSet：保证每个节点运行一个Pod，可以实现对Host指标、System指标、Docker统计信息以及Kubernetes上运行的所有服务指标的采集。
  • Deployment：部署单个Metricbeat实例，该实例用于检索整个集群的唯一指标，如kubernetes event或者kube-state-metrics。
注意
  • 本文以同时使用DaemonSet和Deployment的部署方式为例介绍如何部署Metricbeat容器，您也可以仅使用DaemonSet方式或Deployment方式进行部署。
  • Metricbeat依赖kube-state-metrics监控，部署前需要确保已完成kube-state-metrics的部署。阿里云ACK容器默认在arms-prom命名空间下部署了kube-state-metrics监控。
  1. 通过kubectl访问云容器，下载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。
    注意

    官方下载的YML文件中，DaemonSets和Deployments的资源使用extensions/v1beta1，而v1.18及以上版本的Kubernetes，DaemonSets、Deployments和Replicasets资源的extensions/v1beta1 API将被废弃，请使用apps/v1。

    1. 修改kind: Deployment和kind: DaemonSet下的配置信息。
      • 修改环境变量，具体内容如下：
        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"
        注意 下载的Metricbeat配置文件中默认未定义Kibana相关变量，可以通过容器env传入变量信息。
        参数 说明
        ELASTICSEARCH_HOST 阿里云Elasticsearch实例的私网地址。
        ELASTICSEARCH_PORT 阿里云Elasticsearch实例的私网端口。
        ELASTICSEARCH_USERNAME 阿里云Elasticsearch的用户名，默认值elastic。
        ELASTICSEARCH_PASSWORD elastic用户的密码。
        KIBANA_HOST Kibana私网地址。
        KIBANA_PORT Kibana私网端口。
      • 增加spec.selector配置信息，具体内容如下：
        ## 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. 分别在name: metricbeat-daemonset-config和name: metricbeat-deployment-config下，配置Kibana Output信息，调用文件中配置的环境变量。
      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，定义system模块监控的cpu、load、memory、network等系统指标，以及kubernetes模块可以获取的监控指标。
      说明 关于Metricbeat更多的模块配置及指标说明，请参见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，获取kube-state-metric监控指标和event服务指标。
      注意 Metricbeat服务创建在kube-system的namespace下，kube-state-metrics默认创建在arms-prom的namespace下，由于namespace不同，所以hosts的命名格式为kube-state-metrics.<namespace>:8080。如果Metricbeat服务与kube-state-metrics模块都创建在同一namespace下，则hosts的命名格式为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权限声明，保证Metricbeat可以获取到Kubernetes集群资源信息。
      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，并查看资源状态。

    通过kubectl执行以下命令：

    kubectl apply -f metricbeat-kubernetes.yaml
kubectl get pods -n kube-system
    注意 请确保Pods资源均处于Running状态，否则在Kibana平台有可能会看不到相应数据。
  4. 在Kibana查看监测数据。
    1. 登录目标阿里云Elasticsearch实例的Kibana控制台。
      具体操作步骤请参见登录Kibana控制台。
    2. 单击左侧菜单Infrastructure。
    3. 查看Hosts、Kubernetes Pods对应的Metrics信息。
      • 查看Hosts对应的Metrics信息：单击右上角Hosts，在Map View页签下，单击指定Host，选择View metrics，就可以查看对应的CPU、Load、Memory等指标数据。
        HostsHost metrics
      • 查看Kubernetes Pods对应的Metrics信息：单击右上角Kubernetes，在Map View页签下，单击指定Pod，选择View metrics，就可以查看对应的CPU、Memory、Network等指标数据。
        Pod metrics
    4. 查看Kubernetes集群资源总览数据。

      单击左侧菜单Dashboard，选择[Metricbeat Kubernetes] Overview，就可以查看集群资源总览数据。

      overview

通过Filebeat实现日志采集

本文示例中，Filebeat容器使用DaemonSet控制器部署，确保集群上每一个节点都有一个正在运行的实例采集数据，并且配置文件中的资源部署在kube-system命名空间下。您如果需要改变，可以手动更改配置文件。

  1. 下载Filebeat配置文件。
    通过kubectl访问云容器，下载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下的环境变量。
      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
      参数 说明
      ELASTICSEARCH_HOST 阿里云Elasticsearch实例的私网地址。
      ELASTICSEARCH_PORT 阿里云Elasticsearch实例的私网端口。
      ELASTICSEARCH_USERNAME 阿里云Elasticsearch的用户名，默认值elastic。
      ELASTICSEARCH_PASSWORD elastic用户的密码。
      KIBANA_HOST Kibana私网地址。
      KIBANA_PORT Kibana私网端口。
      NODE_NAME Kubernetes集群Host。
    2. 修改name: filebeat-config对应的ConfigMap配置信息，配置Kibana Output信息，调用文件中配置的环境变量。
      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，并查看资源状态。

    通过kubectl执行以下命令：

    kubectl apply -f filebeat-kubernetes.yaml
kubectl get pods -n kube-system
    注意 请确保Pods资源均处于Running状态，否则在Kibana平台有可能会看不到相应数据。
  4. 在Kibana查看实时日志。
    1. 登录目标阿里云Elasticsearch实例的Kibana控制台。
      具体操作步骤请参见登录Kibana控制台。
    2. 查看Hosts、Kubernetes Pods对应的日志。
      • 查看Hosts对应的日志信息：单击右上角Hosts，在Map View页签下，单击指定Host，选择View logs，就可以查看Host实时日志。
      • 查看Kubernetes Pods对应的日志信息：单击右上角Kubernetes，在Map View页签下，单击指定Pod，选择View logs，就可以查看Pod实时日志。
        view logs

通过Elastic APM实现应用程序性能监测

Elastic APM是基于Elastic Stack构建的应用程序性能监控系统。它提供实时监控软件服务和应用程序的功能，采集传入请求的响应时间和数据库查询、高速缓存调用及外部HTTP请求等的详细性能信息，帮助您更快速的查明并修复性能问题。Elastic APM还可以自动收集未处理的错误、异常及调用栈，帮助您识别出新错误，并关注对应错误发生的次数。

关于Elastic APM更多的介绍，请参见Elastic APM Overview。

  1. 部署APM Server容器。
    本文示例使用Kubernetes部署，通过ConfigMap控制器定义apm-server.yml文件，并初始化Pods启动，通过service实现服务自动发现和负载均衡。
    1. 配置apm-server.yml文件。

      完整的配置文件内容如下：

      ---
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
---
      注意
      • Deployment部署资源中，使用docker.elastic.co/apm/apm-server:6.8.14镜像部署Pods容器，镜像版本需要和阿里云Elasticsearch实例版本一致。
      • 通过service对集群暴露8200服务端口，保证APM Agents可与APM Server通信。
      参数 说明
      ELASTICSEARCH_HOST 阿里云Elasticsearch实例的私网地址。
      ELASTICSEARCH_PORT 阿里云Elasticsearch实例的私网端口。
      ELASTICSEARCH_USERNAME 阿里云Elasticsearch的用户名，默认值elastic。
      ELASTICSEARCH_PASSWORD elastic用户的密码。
      KIBANA_HOST Kibana私网地址。
      KIBANA_PORT Kibana私网端口。
      NODE_NAME Kubernetes集群Host。
    2. 部署APM Server容器，并查看资源状态。

      通过kubectl执行以下命令：

      kubectl apply -f apm-server.yml
kubectl get pods -n kube-system
      注意 请确保Pods资源均处于Running状态，否则在Kibana平台有可能会看不到相应数据。
  2. 配置APM Agents。
    本文示例是通过Spring Boot实现一个简单的Web应用并打包为JAR包，并将JAR包和从Maven Central下载的最新Java Agent上传到服务器。详细信息，请参见Spring Boot和Maven Central。
    1. 登录Kubernetes节点，在工作目录中创建Dockerfile文件，文件名为myapply。
      Dockerfile文件内容如下：
      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定义容器启动时运行的Java命令及参数如下：
      参数 说明
      -javaagent 指定APM Agent代理JAR包。
      -Delastic.apm.service_name APM Service Name，允许以下字符：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定义。
      -Delastic.apm.application_packages 应用程序的基础软件包。
      -jar 指定应用JAR包。
    2. 通过docker build命令和Dockerfile定义的myapply文件构建镜像。
      在当前路径下，执行以下命令：
      docker build -t myapply .
    3. 将构建好的镜像加载到其他容器节点。
    4. 配置Pods部署文件，文件名为my-application.yaml。
      文件内容如下：
      ---
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

---
      说明 image为构建好的镜像文件。
    5. 通过kubectl执行以下命令，部署Pods。
      kubectl apply -f my-application.yaml
    6. 待所有Pods资源均处于Running状态后，使用Curl访问主机的30000端口。
      执行命令如下：
      curl http://10.7.XX.XX:30000
      说明 10.7.XX.XX为Kubernetes的节点IP地址。

      能够访问对应主机后，APM Agents部署成功。

  3. 在Kibana控制台查看APM监控数据。
    1. 登录目标阿里云Elasticsearch实例的Kibana控制台。
      具体操作步骤请参见登录Kibana控制台。
    2. 单击左侧菜单APM。
    3. 单击目标应用程序，本文示例为my-application，可以看到服务的整体性能数据。
      APM
    4. 单击对应的请求接口，可以看到具体的请求信息。
      APM 接口详情
    5. 查看Hosts、Pods相关日志和指标数据。
      单击Actions，选择Show pod logs、Show pod metrics等，查看对应的日志和指标数据。
      ActionsPod Logs

常见问题

  • 问题：Kubernetes配置文件中resources.requests下资源设置较大，Pods无法启动成功。

    解决方案：Metricbeat、Filebeat、APM配置文件中都需要设置resources.requests，建议根据Kubernetes集群规格适当调整设置的值。

  • 问题：在部署Metricbeat、Filebeat、APM容器时，一直报错。报错内容类似：no matches for kind "DaemonSet" in version "extensions/v1beat1"。

    解决方案：官方下载的YML文件中，Daemonsets和Deployments的资源使用extensions/v1beta1，而v1.18及以上版本的Kubernetes，Daemonsets、Deployments和Replicasets资源的extensions/v1beta1 API将被废弃，请使用apps/v1。