使用KubeNurse进行集群网络监控

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前言

在Kubernetes中，网络是通过第三方网络插件来提供，这些三方插件本身的实现就比较复杂，以至于在排查网络问题时常常碰壁。那么有没有什么方式来监控集群中所有的网络连接呢?

kubenurse就是这样一个项目，它通过监视集群中的所有网络连接，并提供监控指标供Prometheus采集。

Kubenurse

kubenurse的部署非常简单，使用Daemonset形式部署到集群节点上，Yaml文件在项目的example目录下。

部署成功后，每5秒钟会对/alive发一次检查请求，然后其内部会运行各种方法全方位对集群网络进行检测，为了防止过多的网络流量，会对检查结果缓存3秒。其检测机制如下：

从上图可以看出，kubenurse会对ingress、dns、apiserver、kube-proxy进行网络探测。

所有的检查都会创建公开的指标，这些指标可用于检测：

• SDN网络延迟以及错误
• Kubelet之间的网络延迟以及错误
• Pod与apiserver通信问题
• Ingress往返网络延迟以及错误
• Service往返网络延迟以及错误(kube-proxy)
• Kube-apiserver问题
• Kube-dns(CoreDns)错误
• 外部DNS解析错误(ingress url解析)

然后这些数据主要通过两个监控指标来体现：

• kubenurse_errors_total：按错误类型划分的错误计数器
• kubenurse_request_duration：按类型划分的请求时间分布

这些指标都是通过Type类型进行标识，对应几种不同的检测目标：

• api_server_direct：从节点直接检测 API Server
• api_server_dns：从节点通过 DNS 检测 API Server
• me_ingress：通过 Ingress 检测本服务 Service
• me_service：使用 Service 检测本服务 Service
• path_$KUBELET_HOSTNAME：节点之间的互相检测

然后这些指标分别按P50，P90，P99分位数进行划分，就可以根据不同的情况来确认集群网络状况了。

安装部署

这里直接使用官方的部署文件进行部署。不过需要更改几个地方。(1)首先将代码clone到本地

git clone https://github.com/postfinance/kubenurse.git 

(2)进入example目录，修改ingress.yaml配置，主要是添加域名，如下。

--- 
apiVersion: extensions/v1beta1 
kind: Ingress 
metadata: 
  annotations: 
    kubernetes.io/ingress.class: nginx 
  name: kubenurse 
  namespace: kube-system 
spec: 
  rules: 
  - host: kubenurse-test.coolops.cn 
    http: 
      paths: 
      - backend: 
          serviceName: kubenurse 
          servicePort: 8080 

(2)更新daemonset.yaml配置，主要是更改ingress的入口域名，如下。

--- 
apiVersion: apps/v1 
kind: DaemonSet 
metadata: 
  labels: 
    app: kubenurse 
  name: kubenurse 
  namespace: kube-system 
spec: 
  selector: 
    matchLabels: 
      app: kubenurse 
  template: 
    metadata: 
      labels: 
        app: kubenurse 
      annotations: 
        prometheus.io/path: "/metrics" 
        prometheus.io/port: "8080" 
        prometheus.io/scheme: "http" 
        prometheus.io/scrape: "true" 
    spec: 
      serviceAccountName: nurse 
      containers: 
      - name: kubenurse 
        env: 
        - name: KUBENURSE_INGRESS_URL 
          value: kubenurse-test.coolops.cn      # 需要更改的地方 
        - name: KUBENURSE_SERVICE_URL 
          value: http://kubenurse.kube-system.svc.cluster.local:8080 
        - name: KUBENURSE_NAMESPACE 
          value: kube-system 
        - name: KUBENURSE_NEIGHBOUR_FILTER 
          value: "app=kubenurse" 
        image: "postfinance/kubenurse:v1.2.0" 
        ports: 
        - containerPort: 8080 
          protocol: TCP 
      tolerations: 
      - effect: NoSchedule 
        key: node-role.kubernetes.io/master 
        operator: Equal 
      - effect: NoSchedule 
        key: node-role.kubernetes.io/control-plane 
        operator: Equal 

(4)新创建一个ServiceMonitor，用于获取指标数据，如下：

apiVersion: monitoring.coreos.com/v1 
kind: ServiceMonitor 
metadata: 
  name: kubenurse 
  namespace: monitoring 
  labels: 
    k8s-app: kubenurse 
spec: 
  jobLabel: k8s-app 
  endpoints: 
  - port: "8080-8080"  
    interval: 30s 
    scheme: http 
  selector: 
    matchLabels: 
     app: kubenurse 
  namespaceSelector: 
    matchNames: 
    - kube-system 

(5)部署应用，在example目录下执行以下命令。

kubectl apply -f . 

(6)等待所有应用变成running，如下。

# kubectl get all -n kube-system -l app=kubenurse 
NAME                  READY   STATUS    RESTARTS   AGE 
pod/kubenurse-fznsw   1/1     Running   0          17h 
pod/kubenurse-n52rq   1/1     Running   0          17h 
pod/kubenurse-nwtl4   1/1     Running   0          17h 
pod/kubenurse-xp92p   1/1     Running   0          17h 
pod/kubenurse-z2ksz   1/1     Running   0          17h 
 
NAME                TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE 
service/kubenurse   ClusterIP   10.96.229.244   <none>        8080/TCP   17h 
 
NAME                       DESIRED   CURRENT   READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   NODE SELECTOR   AGE 
daemonset.apps/kubenurse   5         5         5       5            5           <none>          17h 

(7)到prometheus上查看是否正常获取数据。

查看指标是否正常。

(8)这时候就可以在grafana上画图，展示监控数据了，如下。

参考文档

【1】https://github.com/postfinance/kubenurse

【2】https://github.com/postfinance/kubenurse/tree/master/examples