Prometheus监控神器-Rules篇

本章主要对如何使用Prometheus与Alertmanager组件集成配置，以及对警报规则 Rules 的俩种类型及其模板内容进行讲解。

与Alertmanager集成

Prometheus把产生的警报发给Alertmanager进行处理时，需要在Prometheus使用的配置文件中添加关联Alertmanager的组件的对应配置信息。

alerting:
  alert_relabel_configs:
    [ - <relabel_config> ... ]
  alertmanagers:
    [ - <alertmanager_config> ... ]
# alertmanagers 为 alertmanager_config 数组，

配置范例：

alerting:
  alert_relabel_configs: # 动态修改 alert 属性的规则配置。
    - source_labels: [dc] 
      regex: (.+)d+
      target_label: dc1
  alertmanagers:
    - static_configs:
        - targets: ['127.0.0.1:9093'] # 单实例配置
        #- targets: ['172.31.10.167:19093','172.31.10.167:29093','172.31.10.167:39093'] # 集群配置
  - job_name: 'Alertmanager'
    # metrics_path defaults to '/metrics'
    # scheme defaults to 'http'.
    static_configs:
    - targets: ['localhost:19093']

上面的配置中的 alert_relabel_configs是指警报重新标记在发送到Alertmanager之前应用于警报。 它具有与目标重新标记相同的配置格式和操作，外部标签标记后应用警报重新标记，主要是针对集群配置。

这个设置的用途是确保具有不同外部label的HA对Prometheus服务端发送相同的警报信息。

Alertmanager 可以通过 static_configs 参数静态配置，也可以使用其中一种支持的服务发现机制动态发现，我们上面的配置是静态的单实例，针对集群HA配置，后面会讲。

此外，relabel_configs 允许从发现的实体中选择 Alertmanager，并对使用的API路径提供高级修改，该路径通过 __alerts_path__ 标签公开。

完成以上配置后，重启Prometheus服务，用以加载生效，也可以使用前文说过的热加载功能，使其配置生效。然后通过浏览器，访问 http://192.168.1.220:19090/alerts 就可以看 inactive pending firing 三个状态，没有警报信息是因为我们还没有配置警报规则 rules。

警报规则

警报规则 rules 使用的是 yaml 格式进行定义，在Prometheus中通过我们前面讲过的 PromQL 配置实际警报触发条件，Prometheus 会根据设置的警告规则 Ruels 以及配置间隔时间进行周期性计算，当满足触发条件规则会发送警报通知。
警报规则加载的是在 prometheus.yml 文件中进行配置，默认的警报规则进行周期运行计算的时间是1分钟，可以使用 global 中的 evaluation_interval 来决定时间间隔。

范例：

global:
    evaluation_interval: 15s

警报规则可以指定多个文件，也可以自定到自定义的目录下面，为了管理更为便捷，方便阅读，可以把警报规则拆成多分，用以区分环境，系统，服务等，如：prod，test，dev 等等，并且支持以正则表达式定义。

范例：

rule_files:
    #- "/data/prometheus/rules/*.yml" # 正则表达式，会加在此目录下所有警报规则配置文件
    - "/data/prometheus/rules/ops.yml" # 仅加载ops.yml警报规则文件
    #- "/data/prometheus/rules/prod-*.yml" 
    #- "/data/prometheus/rules/test-*.yml"
    #- "/data/prometheus/rules/dev-*.yml"

现在开始讲告警规则 Rules 的定义，格式为YAML。

groups:
- name: <string>
  rules:
  - alert: <string>
    expr: <string>
    for:  [ <duration> | default 0 ]
    labels:
      [ <lable_name>: <label_value> ]
    annotations:
      [ <lable_name>: <tmpl_string> ]

参数	描述
- name: <string>	警报规则组的名称
- alert: <string>	警报规则的名称
expr: <string	使用PromQL表达式完成的警报触发条件，用于计算是否有满足触发条件
<lable_name>: <label_value>	自定义标签，允许自行定义标签附加在警报上，比如high warning
annotations: <lable_name>: <tmpl_string>	用来设置有关警报的一组描述信息，其中包括自定义的标签，以及expr计算后的值。

groups:
- name: operations
  rules:
  - alert: node-down
    expr: up{env="operations"} != 1
    for: 5m
    labels:
      status: High
      team: operations
    annotations:
      description: "Environment: {{ $labels.env }} Instance: {{ $labels.instance }} is Down ! ! !"
      value: '{{ $value }}'
      summary:  "The host node was down 20 minutes ago"

以上就是一个完整 Rules 的配置，如果Prometheus 在周期检测中使用PromQ以env=operations为维度查询，如果当前查询结果中具有标签operations，且返回值都不等于1的时候，发送警报。
对于写好的 Rules 可以是常用 promtool 来check ruls.yml 的书写格式是否正确。

/usr/local/bin/promtool check rules /data/prometheus/rules/ops.yml
Checking /data/prometheus/rules/ops.yml
  SUCCESS: 7 rules found

对于修改好的rules文件，保存以后，经过检测没有问题，直接重新热加载 Prometheus就可以在页面看到了。对于触发警报规则，比较简单了，直接修改运算值或者去停掉 node-exporter 服务，便可在界面看到警报信息。一个告警在生命周期会有三种状态

状态	描述
Inactive	正常状态，未激活警报
Pending	已满足触发条件，但没有满足发送时间条件，此条件就是上面rules范例中的 for 5m 子句中定义的持续时间
Firing	满足条件，且超过了 for 子句中的的指定持续时间5m

带有for子句的警报触发以后首先会先转换成 Pending 状态，然后在转换为 Firing 状态。这里需要俩个周期才能触发警报条件，如果没有设置 for 子句，会直接 Inactive 状态转换成 Firing状态，然后触发警报，发送给 Receiver 设置的通知人。

在运行过程中，Prometheus会把Pending或Firing状态的每一个告警创建一个 Alerts指标名称，这个可以通过Rules来触发警报测试，直接在UI中Graph查看指标 ALERTS，格式如下：

ALERTS{alertname="alert name",alertstate="pending|firing",<additional alert label>}

当警报处于激活状态 Pending 或者 Firing时候，如上图所示，样本值为1。其他状态为0。则不显示。上图已经触发警报，其警报已经被转发给Alertmanager组件，此时可以在浏览器上通过可以用过9093端口访问，查看警报状态。

现在我们来说一下整理下Prometheus从收集监控指标信息到触发警报的过程

状态	描述
1.定义规则	在Prometheus配置中，scrape_interval: 15s，默认是1分钟，这个定义是收集监控指标信息的采集周期，同时配置对应的警报规则，可以是全局，也可以单独为某一个metrics定义
2.周期计算	对于表达式进行计算时，Prometheus中的配置中配置了 evaluation_interval: 15s，默认也是一分钟，为警报规则的计算周期，evaluation_interval 只是全局计算周期值。
3.1警报状态转换(pending)	当首次触发警报规则条件成立，表达式为 true，并且没有满足警报规则中的for子句中的持续时间时，警报状态切换为 Pending
3.2警报状态转换(firing)	若下一个计算周期中，表达式仍为 true，并且满足警报规则中的for子句的持续时间时，警报状态转换为 Firing，即为 active，警报会被Prometheus推送到ALertmanager组件
3.3警报状态转换(period)	如果在 evaluation_interval 的计算周期内，表达式还是为 true，同时满足 for子句的持续时间，持续转发到Alertmanager，这里只是转发状态到Alertmanager，并不是直接发送通知到指定通知源
3.4警报状态转换(resolve)	只到某个周期，表达式 为 false，警报状态会变成 inactive ，并且会有一个 resolve被发送到Alertmanager，用于说明警报故障依解决，发送resolve信息需要自己单独在Alertmanager中定义

Rules类型

Prometheus 支持两种类型的 Rules ，可以对其进行配置，然后定期进行运算：recording rules 记录规则 与 alerting rules 警报规则，规则文件的计算频率与告警规则计算频率一致，都是通过全局配置中的 evaluation_interval 定义。

alerting rules

要在Prometheus中使用Rules规则，就必须创建一个包含必要规则语句的文件，并让Prometheus通过Prometheus配置中的rule_files字段加载该文件，前面我们已经讲过了。
其实语法都一样，除了 recording rules 中的收集的指标名称 record: <string> 字段配置方式略有不同，其他都是一样的。

配置范例：

- alert: ServiceDown
    expr: avg_over_time(up[5m]) * 100 < 50
    annotations:
      description: The service {{ $labels.job }} instance {{ $labels.instance }} is
        not responding for more than 50% of the time for 5 minutes.
      summary: The service {{ $labels.job }} is not responding
  - alert: RedisDown
    expr: avg_over_time(redis_up[5m]) * 100 < 50
    annotations:
      description: The Redis service {{ $labels.job }} instance {{ $labels.instance
        }} is not responding for more than 50% of the time for 5 minutes.
      summary: The Redis service {{ $labels.job }} is not responding
  - alert: PostgresDown
    expr: avg_over_time(pg_up[5m]) * 100 < 50
    annotations:
      description: The Postgres service {{ $labels.job }} instance {{ $labels.instance
        }} is not responding for more than 50% of the time for 5 minutes.
      summary: The Postgres service {{ $labels.job }} is not responding

recording rules

recording rules 是提前设置好一个比较花费大量时间运算或经常运算的表达式，其结果保存成一组新的时间序列数据。当需要查询的时候直接会返回已经计算好的结果，这样会比直接查询快，同时也减轻了PromQl的计算压力，同时对可视化查询的时候也很有用，可视化展示每次只需要刷新重复查询相同的表达式即可。

在配置的时候，除却 record: <string> 需要注意，其他的基本上是一样的，一个 groups 下可以包含多条规则 rules ，Recording 和 Rules 保存在 group 内，Group 中的规则以规则的配置时间间隔顺序运算，也就是全局中的 evaluation_interval 设置。

配置范例：

groups:
- name: http_requests_total
  rules:
  - record: job:http_requests_total:rate10m
    expr: sum by (job)(rate(http_requests_total[10m]))
    lables:
      team: operations
  - record: job:http_requests_total:rate30m
    expr: sum by (job)(rate(http_requests_total[30m]))
    lables:
      team: operations             

上面的规则其实就是根据 record 规则中的定义，Prometheus 会在后台完成 expr 中定义的 PromQL 表达式周期性运算，以 job 为维度使用 sum 聚合运算符 计算 函数rate 对http_requests_total 指标区间 10m 内的增长率，并且将计算结果保存到新的时间序列 job:http_requests_total:rate10m 中，
同时还可以通过 labels 为样本数据添加额外的自定义标签，但是要注意的是这个 Lables 一定存在当前表达式 Metrics 中。

使用模板

模板是在警报中使用时间序列标签和值展示的一种方法，可以用于警报规则中的注释（annotation）与标签（lable）。模板其实使用的go语言的标准模板语法，并公开一些包含时间序列标签和值的变量。这样查询的时候，更具有可读性，也可以执行其他PromQL查询
来向警报添加额外内容，ALertmanager Web UI中会根据标签值显示器警报信息。

{{ $lable.<lablename>}} 可以获取当前警报实例中的指定标签值

{{ $value }} 变量可以获取当前PromQL表达式的计算样本值。

groups:
- name: operations
  rules:
# monitor node memory usage
  - alert: node-memory-usage
    expr: (1 - (node_memory_MemAvailable_bytes{env="operations",job!='atlassian'} / (node_memory_MemTotal_bytes{env="operations"})))* 100 > 90
    for: 1m
    labels:
      status: Warning
      team: operations
    annotations:
      description: "Environment: {{ $labels.env }} Instance: {{ $labels.instance }} memory usage above {{ $value }} ! ! !"
      summary:  "node os memory usage status"

调整好rules以后，我们可以使用 curl -XPOST http://localhost:9090/-/reload 或者 对Prometheus服务重启，让警报规则生效。

这个时候，我们可以把阈值调整为 50 来进行故障模拟操作，这时在去访问UI的时候，当持续1分钟满足警报条件，实际告警状态已转换为 Firing，可以在 Annotations中看到模板信息 summary 与 description 已经成功显示。

需要注意的是，一个稳定健壮的Prometheus监控系统中，要尽量使用模板化，这样会降低性能开销（Debug调试信息等），同时也易于维护。

下面网站收录了当前大部分的rules规则，大家可以对应自己的环境，配置相关服务的Rules。

[Prometheus告警规则收集(https://awesome-prometheus-alerts.grep.to/)