쿠버네티스 #14 - 모니터링 (2/3) Prometheus

쿠버네티스 #14

모니터링 2/3 Prometheus를 이용한 모니터링

조대협 (http://bcho.tistory.com)

프로메테우스

그동안 주요 모니터링 솔루션으로 사용되던 힙스터는 1.13 버전 이후로 deprecated 될 예정이고, 그 이후를 맏을 모니터링 솔루션으로 가장 많이 언급되는 모니터링 솔루션은 프로메테우스 (Prometheus)이다.

프로메테우스는 SoundCloud (http://soundcloud.com/)에서 개발된 모니터링 툴로, 2016년에 CNCF  (Cloud Native Computing Foundation)에 오픈소스 프로젝트로 기부되었다. 지표 수집을 통한 모니터링을 주요 기능으로 하고 있다.

쿠버네티스 모니터링뿐만 아니라 애플리케이션이나 서버, OS 등 다양한 대상으로 부터 지표를 수집하여 모니터링할 수 있는 범용 솔루션으로, 아래와 같은 구조를 가지고 있다.

<그림. 프로메테우스 모니터링 아키텍처>

데이타 수집 부분

기본적으로, 프로메테우스는 데이타 수집을 PULLING 모델을 사용한다. 모니터링 대상이 되는 자원이 지표 정보를 프로메테우스로 보내는 것이 아니라, 프로메테우스가 주기적으로 모니터링 대상에서 지표를 읽어 오는 모델을 사용한다.

모니터링 대상이 프로메테우스의 데이타 포맷을 지원할 경우 바로 읽어올 수 있고, 만약에 지원하지 않는다면 별도의 에이전트를 설치해서 지표를 읽어올 수 있는데, 이를 exporter라고 한다. exporter는 mysql,nginx,redis와 같은 패키지는 미리 개발된 export가 있어서 다양한 서비스의 지표까지 쉽게 읽어올 수 있다.

이런 패키지 애플리케이션이 아니라, java 나 node.js와 같은 사용자 애플리케이션의 경우에는 Exporter를 사용하는 방법 말고도, 프로메테우스 클라이언트 라이브러리를 사용하게 되면, 바로 지표를 프로메테우스 서버로 보낼 수 있다.

마지막으로, Push gateway를 사용하는 방법이 있는데, 배치나 스케쥴 작업 같은 서비스의 경우에는 항상 서비스가 떠 있는 것이 아니라, 필요한 경우에만 떠 있다가 작업이 끝나면 사라지는 경우가 있다. 그래서, 이런 서비스를 Pulling으로 지표를 얻어오기가 어려울 수 있는데, 이를 보완하기 위해서, 이런 서비스들이 Push 방식으로 Push gateway에 지표를 쏴주면, Push gateway가 지표를 보관하고 있다가 프로메테우스 서버가 Pulling 을 하면, 저장된 지표 정보를 리턴하도록 한다.

서비스 디스커버리

그러면 프로메테우스는 모니터링 대상을 어떻게 알 수 있을까? 당연히 모니터링 대상 목록을 유지하고 있고, 대상에 대한 IP나 기타 접속 정보를 설정 파일에 주면, 그 정보를 기반으로 프로메테우스 서버가 모니터링 정보를 읽어온다.

그러나 오토스케일링을 많이 사용하는 클라우드 환경이나 쿠버네티스와 같은 컨테이너 환경에서는 모니터링 대상의 IP가 동적으로 변경되는 경우가 많기 때문에 이를 일일이 설정파일에 넣는데 한계가 있다. 이러한 문제를 해결 하기 위해서 프로메테우스는 서비스 디스커버리 를 사용하는데, 모니터링 대상이 등록되어 있는 저장소에서 목록을 받아서 그 대상을 모니터링 하는 형태이다.

프로메테우스는 DNS나 Consul, etcd와 같은 다양한 서비스 디스커버리 서비스와 연동을 통해서 자동으로 모니터링 대상의 목록을 가지고 올 수 있다.

저장 및 시각화

이렇게 수집된 지표 정보들은 프로메테우스 내부의 시계열 데이타베이스에 저장이 되고, 프로메테우스 웹 콘솔을 이용하여 시각화 되거나 또는 API를 외부에 제공해서 Grafana와 같은 시각화 툴을 통해서 지표를 시작화 해서 볼 수 있다.

알림 서비스

부가 기능중의 하나로, alerting 컴포넌트는, 지표에 대한 규칙을 걸어놓고 그 규칙을 위반할 경우에는 알림을 보낼 수 있는 기능을 가지고 있다. 알림을 보내는 대상은 이메일이나 pagerduty와 같은 notification 서비스 등과 연동이 가능하다.

쿠버네티스 연동 아키텍처

그러면, 쿠버네티스와 프로메테우스는 어떻게 연동이 될까? 여기서 오해하지 말아야 하는 점은 Heapster,cAdvisor 스택과 같이 딱 정해진 아키텍쳐는 없다는 것이다. 프로메테우스는 범용 모니터링 솔루션으로 프로메테우스 서버가 지표정보를 읽어올 수 만 있다면 거의 모든 정보를 읽어올 수 있는 구조이기 때문에, 쿠버네티스 연동에 있어서도 자유도가 매우 높다

단 레퍼런스 할 수 있는 구성은 있는데, 다음과 같은 구조를 갖는다.

먼저 프로메테우스 서버가 모니터링할 리소스를 찾기 위해서 서비스 디스커버리 (Service discovery) 메카니즘이 필요한데, 이를 위해서 쿠버네티스 API를 호출해서, 자원들의 목록 (Pod,Node, Service,Ingress,Endpoint 등)의 목록을 라벨 셀렉터(label selector)를 이용하여 수집한다.

다음 수집된 모니터링 대상에 대해서 모니터링을 수행하는데, 쿠버네티스는 apiServer에서 /metric 이라는 URL을 통해서 기본적인 지표 정보를 리턴하기 때문에, 쿠버네티스 자원들에 대한 모니터링은 이 API를 통해서 수집하게 된다.

아랫단에 하드웨어 즉 node에 대한 정보는 API를 통해서 수집하기가 어렵기 때문에, node에 node exporter를 설치해서 하드웨어와 OS에 대한 정보를 수집한다. 컨테이너에 대한 정보는 node별로 배포되어 있는 cAdvisor가 이를 수집하여 프로메테우스에 제공한다.

컨테이너내에서 기동되는 애플리케이션에 대한 정보는 필요한 경우, 클라이언트 SDK나, 솔루션에 맞는 exporter를 이용해서 수집한다.

쿠버네티스 연동하기

그러면 실제로 프로메테우스를 설치해서 쿠버네티스 클러스터를 모니터링 해보자. 앞의 아키텍쳐에서 봤지만, alert server, exporter, prometheus server 등 설치해야 하는 서버들이 많아서, 일일이 설치하는 것이 쉽지 않다. 여러가지 설치 방법이 있지만 여기서는 쿠버네티스의 패키지 매니저인 Helm 을 이용해서 프로메테우스를 설치하도록 한다. Helm 은  Linux의 RPM이나, Node.js의 npm같이 소프트웨어 스택을 명령으로 손쉽게 설치할 수 있도록 해주는 패키지 매니져의 개념으로 쿠버네티스 버전의 npm 툴이라고 이해하면 된다.

참고로 여기서 설치는 로컬 PC의 minikube 환경을 이용해서 설치하였다. 클라우드 환경에서 제공되는 쿠버네티스 클러스터의 경우에는 다소 차이가 있을 수 있으니, 각 벤더에서 제공되는 가이드를 참고하기 바란다. 아울러 아래 설치 내용은 운영 환경에서 적용하기는 어렵고, 운영환경 적용을 위해서는 적절한 디스크 타입과 Pod의 사이즈등을 다시 클러스터 환경에 맞도록 설정해야하고 어디까지나, 테스트 용임을 인지하기 바란다.

Helm 인스톨

Helm은 클라이언트와 서버 두개의 모듈로 나뉘어 진다.

인스톨은 어렵지 않은데, 클라이언트 OS에 따라 약간씩 차이가 있다. 자세한 인스톨 방법은 https://docs.helm.sh/using_helm/ 문서를 참고하면 된다.

클라이언트 인스톨

맥에서 클라이언트 인스톨은 brew를 이용하면 쉽게할 수 있다.

%brew install kubernetes-helm

명령을 이용하면 Helm 클라이언트가 로컬 PC에 설치된다.

서버 인스톨

Helm 서버를 Tiller라고 하는데, Tiler 서버의 인스톨은 어렵지 않으나, 클라우드 벤더나 설치 환경에 따라서 약간씩의 차이가 있다.

Minikube  환경에서 인스톨

Minikube 환경에서 인스톨은 Helm 클라이언트를 인스톨 한 후에, 아래와 같이

%helm init

명령어를 실행하면 쿠버네티스 클러스터에 Tiller 서버가 자동으로 설치된다.

구글 클라우드 쿠버네티스 엔진 (GKE) 환경에서 인스톨

GKE 환경은 약간 설치 방법이 다른데, 보안적인 이슈로 인해서 계정에 대한 권한 컨트롤을 상대적으로 까다롭게 하기 때문이다.

(참고 : https://cloud.google.com/solutions/continuous-integration-helm-concourse )

아래 명령을 이용하면 kube-system 네임 스페이스에 tiller라는 이름으로 서비스 어카운트를 생성할 수 있다.

% kubectl create clusterrolebinding user-admin-binding --clusterrole=cluster-admin --user=$(gcloud config get-value account)

% kubectl create serviceaccount tiller --namespace kube-system

% kubectl create clusterrolebinding tiller-admin-binding --clusterrole=cluster-admin --serviceaccount=kube-system:tiller

다음 Tiller를 생성할때, --service-account=tiller 옵션을 줘서 tiller 가 실행될때, 해당 서비스 어카운트의 권한을 가지고 실행되도록 한다.

헬름 서버 (Tieller) 인스톨

./helm init --service-account=tiller
./helm update

이렇게 설치 하지 않으면 Tiller 자체는 설치가 될 수 있지만, Tiller에 의해서 인스톨 되는 패키지들이 권한 오류로 인해서 제대로 설치되지 않을 수 있다

Helm Chart를 이용한 Prometheus 설치

Helm이 준비되었으면 프로메테우스 를 설치해보자

% git clone https://github.com/kubernetes/charts

명령을 이용하여 Helm chart를 다운 받는다. Helm chart는 npm 파일과 같이 인스톨 스크립트를 모아놓은 것으로 생각하면 된다. 프로메테우스외에도 다양한 설치 스크립트가 있다.

$ cd charts/stable/prometheus

를 이용해서 프로메테우스 디렉토리로 들어간 후에, 아래 명령을 이용하면 prometheus 네임스페이스에 프로메테우스가 설치된다.

$ helm install -f values.yaml stable/prometheus --name prometheus --namespace prometheus

설치가 끝났으면 이제 프로메테우스가 제대로 작동해서 지표를 수집하고 있는지 확인하자. 프로메테우스 서버는 디폴트로 9090 포트를 통해서 웹 인터페이스를 제공한다. 프로메테우스 서버를 외부 서비스로 expose 하지 않았기 때문에 포트 포워딩을 이용해서 프로메테우스 서버의 9090 포트를 포워딩 해보자

%kubectl get pod -n prometheus

명령을 이용해서 prometheus 네임스페이스에 있는 pod 목록을 다음과 같이 가지고 온다.

prometheus의 pod 명이 “prometheus-server-5695758946-gdxjx” 인것을 알았으면,localhost:9090을 이 pod의 9090포트로 포워딩하도록 설정한다.

%kubectl port-forward -n prometheus prometheus-server-5695758946-gdxjx 9090

포트 포워딩이 설정되었으면 localhost:9090으로 접속하여 프로메테우스의 웹 콘솔을 접속해보자

처음에는 아무것도 나오지 않을텐데, metric을 PQL (프로메테우스 쿼리)를 이용해서 선택하면 아래와 같이 해당 지표에 대한 값이 나오는것을 볼 수 있다. 아래는 node의 disk_io 정보를 살펴보는 쿼리이다.

이 메뉴에서 지표를 모니터링 하거나 또는 모니터링된 지표를 Graph 탭을 눌러서 그래프로 시각화 할 수 있다. 메뉴를 조금더 둘러보면 상단의 Status 메뉴에서 Service Discovery 메뉴를 눌러보면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.

모니터링해야 하는 자원들의 목록으로 node, node-cadvisor, pods, services 등에 대한 정보를 모니터링할 수 있는 것을 확인할 수 있다.

Target 메뉴를 클릭하면 다음과 같은 정보가 나오는데,

어디로 부터 지표들을 수집해오는지 URL등을 확인할 수 있다. apiserver의 URL, node metric 정보 수집 URL node cAdvisor 수집 URL등을 확인할 수 있다.

Helm Chart를 이용한 Grafana 설치

프로메테우스를 설치했으면 이를 시각화 하기 위해서 Grafana를 설치해서 연동해보도록 하자.

Helm chart 디렉토리에서 stable/grafana 디렉토리에 values.yaml 파일이 있는데, 이 부분에서 adminPassword 부분을 찾아서 admin 사용자의 비밀 번호를 세팅하도록 하자.

adminUser: admin

adminPassword: mypassword

다음 Helm chart를 이용해서 Grafana를 설치한다.

stable/grafana 디렉토리에서 앞에서 수정한 values.yaml 파일을 이용한다.

%helm install -f values.yaml stable/grafana --name grafana --namespace grafana

설치가 종료되었으면 Grafana 콘솔에 접속해보자.

%kubectl get pod -n grafana 명령을 이용해서 grafana 서버의 pod 명을 알아낸다.

Grafana 서버는 외부 서비스로 Expose 되지 않았기 때문에, 포트 포워딩을 이용해서 해당 서버에 접속하도록 한다. Grafana는 3000번 포트로 웹 접속을 허용한다.

% kubectl port-forward -n grafana grafana-679cdd7676-zhwnf 3000

명령을 이용하면 localhost:3000을 Grafana 웹 서버로 포워딩 해준다.

localhost:3000에 접속해보면 다음과 같은 로그인 창이 나온다.

로그인창에서, 사용자명을 admin으로 입력하고, 비밀번호는 앞의 설정에서 입력한 비밀번호를 설정한다.

다음으로 프로메테우스 서버를 데이타 소스로 설정해야 하는데, grafana 메뉴에서 Configuration > Data source 메뉴를 선택한다.

Data source를 추가하기 위해서는 프로메테우스 서버의 URL 을 알아야 하는데, 프로메테우스 서버는 내부 IP를 가지고 있는 서비스로 Expose 되어 있다. 서비스명을 알기 위해서 다음 명령어를 실행한다.

%kubectl get svc -n prometheus

다음과 같이 서비스명이 prometheus-server이고 cluster-IP가 10.102.173.250 인것을 확인할 수 있다.

HTTP URL은 http://prometheus-server.prometheus.svc.cluster.local 게 된다.

그러면 이 정보를 Grafana datasource 쪽에 추가한다.

데이타소스 명은 Kuberentes로 지정하고, 타입은 Prometheus로 지정한다. 그리고 HTTP URL은 위의 http://prometheus-server.prometheus.svc.cluster.local 를 사용하고 Access 타입은 Server를 선택한다.

이 과정이 끝나면, 프로메테우스를 Grafana의 데이타 소스로 사용할 수 있다.

이 데이타 소스를 이용해서 대쉬 보드를 구성해야 하는데, 수동으로 일일이 구성할 수 도 있지만 Grafana 커뮤니티에는 이미 미리 구성되어 있는 대쉬보드 템플릿이 많다. 이 템플릿을 그대로 import 해서 사용해보도록 하겠다.

Grafana 메뉴에서 아래와 같이 Create > Import 메뉴를 선택한다.

다음 대쉬보드 설정 JSON을 넣을 수 있는데, 또는 Grafana.com에 등록된 대쉬보드 템플릿 번호를 넣을 수 도 있다. 여기서는 쿠버네티스 클러스터 모니터링 템플릿을 사용하도록 하겠다. 이 템플릿의 ID는 1621번이기 때문에 아래와 같이 템플릿 ID를 입력한다.

이 템플릿 이외에도, 노드 모니터링을 위한 템플릿등 여러 종류의 대쉬 보드 템플릿이 있기 때문에 용도에 맞게 선택해서 사용하면 된다.

템플릿 ID를 선택하면 다음 화면에서 데이타 소스를 선택해줘야 하는데, 아래 그림과 같이 Prometheus 부분을 앞에서 만든 데이타 소스 이름인 Kubernetes를 선택한다.

설정이 끝난후에 대쉬보드를 확인하면 아래와 같이 쿠버네티스에 대한 전반적인 모니터링 정보가 나오는 것을 확인할 수 있다.