如何借助 Prometheus 和 Grafana 实现 NGINX Plus 可视化

我们在《如何提高 Kubernetes 中的可视化》一文中探讨过，如何获取关于应用性能、安全性及可用性的洞察是应用开发和交付团队面临的一大难题。这些洞察可帮助他们快速解决问题，并主动为流量高峰做好准备。

流量管理工具（例如负载均衡器、反向代理、API 网关和 Ingress Controller）会生成大量有关应用和基础架构健康状况的信息。您可以通过 NGINX Plus 的仪表盘实时跟踪这些重要指标，NGINX Plus 还可以将指标反馈给第三方监控工具，从而让您通过性能可视化获得更多洞察力。以下两个最热门的工具可协同为您提供这些时序图：

Prometheus —— 云原生计算基金会 (CNCF) 的一个开源项目，具有监控和告警功能
Grafana —— 一个开源的可视化和分析工具，可从时序数据库（例如 Prometheus）中生成图形及其他视图

Prometheus-njs 模块可轻松为 Prometheus 和 Grafana 提供 NGINX Plus 的指标。它使用 NGINX JavaScript module (NJS) 和 NGINX Plus API 将指标从 NGINX Plus 导出到 Prometheus 服务器。

在下面的视频演示中，我们介绍了设置 NGINX Plus、Prometheus 和 Grafana 及构建 Grafana 图形的完整步骤。

为了方便您设置和实施，我们现将各节步骤总结如下，并标注了视频中相应的时间点：

前提条件
设置 NGINX Plus 服务器 (1:20)
设置 Prometheus 服务器 (5:30)
设置 Grafana 服务器 (9:15)
在 Grafana 中创建 NGINX Plus 图形 (11:15)

注：

这些指令需要使用 NGINX Plus API，不适用于 NGINX 开源版。
如要使用 Prometheus、Grafana 和 NGINX Ingress Controller，请参阅我们的文档。

前提条件

在开始演示之前，我们要先满足以下前提条件。

在 NGINX Plus 服务器上安装 NGINX Plus。出于演示目的，我们将进行干净的初始安装。如果您想要使用已有的 NGINX Plus 服务器，则可能需要在之后恢复在演示过程中对配置文件所做的更改。
在 NGINX Plus 服务器上安装 NGINX JavaScript (njs) 模块。
在 Prometheus 服务器上安装最新版 Docker。在本演示中，我们按照常规做法，在第二台服务器上运行 Prometheus，与 NGINX Plus 分离开来。
在 Grafana 服务器（在本演示中为第三台服务器）上安装最新版 Docker。

设置 NGINX Plus 服务器 (1:20)

安装 Prometheus-njs 模块。我们在演示中使用的是 Ubuntu 20.04，以下是相关命令。有关其他操作系统，请参阅文档。
```
$ sudo apt-get install nginx-plus-module-prometheus
```
使用您喜欢的文本编辑器，打开 /etc/nginx/nginx.conf 并在 http 块外部的顶层上下文中添加以下 load_module 指令。
```
load_module modules/ngx_http_js_module.so;
# existing top-level directives

http {
    #...
}
```
（可选步骤）增加用于存储子请求响应体的缓冲区大小（默认大小为 4KB 或 8KB，具体取决于平台）。这可以防止出现 too big subrequest response这一错误（NGINX 错误日志中可查）。在 http 块中添加以下 subrequest_output_buffer_size 指令。
```
http {    #...
    subrequest_output_buffer_size 32k;
}
```

保存 nginx.conf 并运行以下命令，验证 NGINX 配置的语法是否正确。

$ sudo nginx -tnginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful

将目录更改为 conf.d，并列出文件。
```
$ cd conf.d$ ls
default.conf
```
文件定义了一个监听端口 80 的虚拟服务器。Prometheus 的虚拟服务器需要监听该端口，因此请删除 default.conf。
```
$ sudo rm default.conf
```
使用您想用的文本编辑器，创建一个名为 prometheus.conf 的新文件，其中包含以下内容。
```
js_import /usr/share/nginx-plus-module-prometheus/prometheus.js;

server {
    location = /metrics {
        js_content prometheus.metrics;
    }
 
    location /api {
        api;
    } 
}
```
js_import指令指定了 NGINX JavaScript 代码的位置，该代码将 NGINX Plus API 生成的指标转换为 Prometheus 要求的格式。（无需为 Prometheus-njs 添加 load_module 指令。）
第一个 location 块支持访问 Prometheus 格式的指标。第二个 location块启用了 NGINX Plus API，后者生成原始指标并将其暴露给 Prometheus。
注：在生产环境中，我们强烈建议限制访问 NGINX Plus API（如我们的文档所述。）
有关 Prometheus-njs 模块的更多信息，请参阅我们的文档。
保存 prometheus.conf，检查第 4 步中的语法会否正确，然后运行以下命令启动 NGINX Plus。
```
$ sudo nginx
```

设置 Prometheus 服务器 (5:30)

在 /etc/prometheus 目录中创建一个名为 prometheus.yml 的 YAML 格式的新配置文件，其中包含以下内容（基于 Prometheus 网站的默认配置文件）。如图所示，需要更改的是在目标字段中添加 NGINX Plus 服务器的 IP 地址和端口。
```
global:
  scrape_interval: 15s 
  
  external_labels:
    monitor: 'codelab-monitor'
 
scrape_configs:  
  - job_name: 'prometheus'
    
    scrape_interval: 5s
 
    static_configs:
      - targets: ['NGINX_Plus_IP_address:80']
```
有关 Prometheus 配置的详细信息（包括可以在配置文件中添加的更多选项），请参阅 Prometheus 文档。
保存 prometheus.yml，然后运行以下命令。它从 Docker Hub 中拉取 Prometheus 并将其暴露在端口 9090 上。
```
$ sudo docker run --network="host" -d -p 9090:9090 -v ~/prometheus.yml:/etc/prometheus/prometheus.yml prom/prometheus
```
在浏览器中，导航到新 Prometheus 服务器的 IP 地址和端口。通过一个类似以下截图的页面可以确认服务器正在工作。
验证 Prometheus 是否正在访问 NGINX Plus 指标信息流。点击窗口右上角执行（Execute） 4.按钮左侧的球体图标，将会出现一个指标列表，见下。

设置 Grafana 服务器 (9:15)

运行以下命令，从 Docker Hub 中拉取 Grafana 并将其暴露在端口 3000 上：

$ sudo docker run -d -p 3000:3000 grafana/grafana

有关其他安装方法，请参阅 Grafana 文档。

在浏览器中，导航到新 Grafana 服务器的 IP 地址和端口。Grafana 登录页面确认服务器正在工作。
在电子邮件或用户名和密码字段中输入 admin 登录 Grafana。我们强烈建议按照提示设置新的安全密码，但出于时间关系，我们在演示中跳过了这一步。

在打开的 Grafana 主页上，按照 Grafana 文档中的说明将 Prometheus 注册为数据源。该视频演示了 Grafana GUI 中的步骤。
注：在 Grafana 指令的第 5 步中，输入 Prometheus 服务器的 IP 地址（和端口 9090），而不是显示的 URL 示例 (http://localhost:9090) 。

在 Grafana 指令的第 7 步，点击保存并测试（Save & test）按钮，带有复选标记的绿色框和 Data source is working（数据源正在工作）消息表明 Grafana 已成功连接到 Prometheus 服务器。

在 Grafana 中创建 NGINX Plus 图形 (11:15)

Prometheus 适用于只查看一个指标，而 Grafana 支持在一个图形上轻松查看一系列指标。

Grafana 图形的构建方法：

点击页面（见前一节第 4 步中的截图）左侧导航栏中的加号 (+) 。在创建下拉菜单中选择仪表盘。
点击添加控面板框。
在打开的 New dashboard/Edit Panel 页面上，验证 Prometheus 是否出现在页面下半部分的查询选项卡的数据源字段中。如果没有，从下拉下拉菜单中选择 Prometheus。
在指标浏览器 (Metrics browser) > 字段中输入 nginx，将出现 NGINX Plus 指标列表。

以下信息简要描述了各项指标的意义。
- nginxplus_connections_accepted —— 接受的客户端连接
- nginxplus_connections_active —— 活跃的客户端连接
- nginxplus_connections_dropped —— 断开的客户端连接
- nginxplus_connections_idle —— 空闲的客户端连接
- nginxplus_http_requests_current —— 当前的 HTTP 请求
- nginxplus_http_requests_total —— HTTP 请求总数
- nginxplus_nginx_meta —— NGINX 元信息
- nginxplus_processes_respawned —— 异常终止和重新生成的子进程的总数
- nginxplus_ssl_handshakes -– SSL 握手成功
- nginxplus_ssl_handshakes_failed —— SSL 握手失败
- nginxplus_ssl_session_reuses —— SSL 握手期间会话重用
- nginxplus_workers_mem_private —— NGINX worker 使用的专有内存，不包括共享库
- nginxplus_workers_mem_rss —— NGINX worker 进程使用的内存
从列表中选择一个指标（在本演示中，我们选择的是 nginxplus_connections_active）。要选择另一个指标，点击查询（+ Query）按钮并在新的指标浏览器 (Metrics browser) > 字段中选择另一个指标（在本演示中，我们选择的是 nginxplus_connections_idle）。
点击页面上半部分图形上方的“刷新”（两个箭头形成的一个圆圈）图标，结果将开始出现在图形上。

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借助 NGINX Controller，您可以随时掌控全局，从容管理大量 NGINX Plus 实例和配置对象（例如环境、网关和应用）。此外，您不必放弃您最常用的监控和告警解决方案；Controller 的 API 优先设计使得其与第三方解决方案的集成变得简单而直接。

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