基于 Prometheus 的云上 MySQL 监控实践 | 运维进阶

twt企业IT社区 2020-09-07

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【作者】中国农业银行研发中心杨旭

一、背景

MySQL 8.0是当前Oracle公司一直在大力宣传的新版本，从架构到性能均有显著变化，同时，随着kubernetes的普及，为更好的提升资源利用率，可以进行MySQL上云的探索。MySQL上云如何进行运行状态的监控呢？MySQL运行状态监控需要满足：监控数据实时准备，报警机制响应迅速，支持异地集中监控。本文将探索云上MySQL的监控方案。

二、方案对比

方案一：

Zabbix监控系统，基于c+php开发的开源监控系统，支持多种监控采集方式，应用广泛，支持比较成熟，社区活跃，缺点是对容器支持度比较差。

方案二：

Prometheus监控系统，基于go开发的开源监控系统，支持pull和push两种采集模式，有完整的监控、报警、展示、数据异地传输能力，配置简单，对容器支持良好。

由于目前使用的MySQL在云上部署，而且公司现有对PaaS云监控基于Promehteus，因此，方案二是更佳选项，既能满足MySQL监控，又能充分利用现有资源。

三、Prometheus监控系统概述

Prometheus是由SoundeCloud公司基于go语言开发的一款开源的监控报警解决方案，基于时间序列监控数据。

1、组件及架构

组件：

promethues server：主要获取和存储时间序列数据
Exporters（导出器）：主要是作为agent收集数据发送到prometheus server，不同的数据收集由不同的exporters实
pushgateway：允许短暂和批处理的jobs推送它们的数据到prometheus；然后由prometheus拉取数据。
alertmanager：实现prometheus的告警功能。

组件间关系如下：

图1 组件架构图

2、Prometheus特点

指标收集：prometheus服务器定义了名为目标（target）的配置，执行抓取所需要的信息。
服务发现：可以通过通过多种方式来处理要监控的资源。包括：静态资源列表、基于文件发现、自动发现。
聚合和报警：在服务器上可以查询和聚合时间序列数据。通过规则记录常用的查询并做聚合。可以设置报警规则，满足报警条件时会触发报警，把报警信息推送的alertmanager。
自治：不依赖分布式存储，单个服务器节点是自主的。
冗余和高可用性：可部署多台prmehteus服务器，实现监控系统的高可用性。
查询语言：prometheus服务器提供了查询语言PromQL，用于对时序数据进行筛选和运算。
可视化：prometheus内置表达式浏览器可提供可视化，可与grafana配合实现监控数据可视化展示。

四、MySQL数据库监控

1、监控方案

Prometheus官方提供了mysqld_exporter导出器，可实现对MySQL监控。该导出器通过MySQL用户连接数据库，查询相关数据库表、状态信息，通过http服务的方式暴露监控数据。

方案不足：导出器可实现单节点和主从复制相关监控项，但对于MGR模式相关监控目前还不能很好地支持。

方案改进：prometheus提供了client libraries，可实现对监控指标进行定制化采集。故可用python语言定制脚本的方式采集MGR相关数据。mysqld_exporter与python脚本能够满足全部监控信息的导出。

2、部署方案

关于Paas云上MySQL监控部署，有两种方案：

方案一：

MySQL、mysqld_exporter、my_exporter_python监控脚本三部分同在一个镜像中，运行该容器可实现对MySQL的监控。

方案二：

MySQL、mysqld_exporter、my_exporter_python监控脚本分别属于不同的镜像，MySQL主容器与监控容器按顺序运行。监控容器以sidecar的方式访问MySQL。

方案对比：

MySQL数据库服务对于应用是非常重要的一环，要确保MySQL安全可靠。方案一，如果MySQL异常或出现错误，对问题诊断与排错方面，监控导出器可能会干扰项，不利于后期MySQL运维管理。方案二，由于三部分在不同的容器中运行，不会产生互相干扰的可能性，因此方案二为最佳。

五、监控具体实现

1、创建MySQL监控用户并授权

2、my_exporter_python脚本说明

9000端口提供http提供服务

start_http_server(9000)

设置Gauge对象

连接接MySQL查询数据

设置MGR相关的metrics

3、镜像拉取与定制

mysqld_exporter镜像pull：

docker pull prom/mysqld_exporter

my_exporter_python镜像制作

Dockerfile内容

FROM centos7_python36:v1

RUN pip install prometheus_client pymysql

RUN pip install requests

COPY ./my_exporter_python_v2.py my_exporter_python_v2.py

WORKDIR

EXPOSE 9000

CMD ["python","my_exporter_python_v2.py"]

4、镜像部署yaml文件部分内容：

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
......
      containers:
        - env:
            - name: TZ
              value: Asia/Shanghai
            - name: DATA_SOURCE_NAME
              value: 'exporter:userpassword@(localhost:3306)/'
            - name: TARGET
              value: 'http://localhost:9104/metrics'
          image: 'registry.paas.test.abc/library/mysqld-exporter-python:v5'
          imagePullPolicy: Always
          name: mysqld-python
          ports:
            - containerPort: 9000
              name: mysqld-python
              protocol: TCP
          resources:
            limits:
              cpu: '2'
              memory: 4Gi
          terminationMessagePath: /dev/termination-log
          terminationMessagePolicy: File
        - env:
            - name: TZ
              value: Asia/Shanghai
            - name: DATA_SOURCE_NAME
              value: 'testuser:userpassword@(localhost:3306)/'
          image: 'registry.paas.test.abc/library/mysqld-exporter:latest'
          imagePullPolicy: Always
          name: mysqld-exporter
          ports:
            - containerPort: 9104
              name: mysqld-exporter
              protocol: TCP
          resources:
            limits:
              cpu: '2'
              memory: 4Gi
          terminationMessagePath: /dev/termination-log
          terminationMessagePolicy: File
......

5、Prometehus server设置target

- job_name: kubernetes-pods
  scrape_interval: 30s
  scrape_timeout: 10s
  metrics_path: /metrics
  scheme: http
  kubernetes_sd_configs:
  - api_server: null
    role: pod
    namespaces:
      names: []
  relabel_configs:
  - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_scrape]
    separator: ;
    regex: "true"
    replacement: $1
    action: keep
  - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_path]
    separator: ;
    regex: (.+)
    target_label: __metrics_path__
    replacement: $1
    action: replace
  - source_labels: [__address__, __meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_port]
    separator: ;
    regex: ([^:]+)(?::\d+)?;(\d+)
    target_label: __address__
    replacement: $1:$2
    action: replace
  - separator: ;
    regex: __meta_kubernetes_pod_label_(.+)
    replacement: $1
    action: labelmap
  - source_labels: [__meta_kubernetes_namespace]
    separator: ;
    regex: (.*)
    target_label: kubernetes_namespace
    replacement: $1
    action: replace
  - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_name]
    separator: ;
    regex: (.*)
    target_label: kubernetes_pod_name
    replacement: $1
    action: replace

六、采集指标解释

查询mysql上线时间

mysql> show status like '%uptime%';
+---------------------------+---------+
| Variable_name             | Value   |
+---------------------------+---------+
| Uptime                    | 1284686 |
| Uptime_since_flush_status | 1284686 |
+---------------------------+---------+

Uptime即为mysql上线时间，单位为秒，对应输出的监控指标为：Mysql_uptime。可以对监控指标运算得到相应时间单位，例如转为天数，mysql_uptime/60/60/24。

查询mysql服务端口mysql

mysql> show variables like 'port';
+---------------+-------+
| Variable_name | Value |
+---------------+-------+
| port          | 3306  |
+---------------+-------+

对应输出监控指标为：mysql_global_variables_port

查看mysql服务器是否在线

如果mysqld_exporter连接mysql服务器成功，表示服务器在线，否则表示离线状态，对应输出的监指标：mysql_up。数值为1表示在线，数值0表示离线。

查看数据库连接数

mysql> show status like 'Threads%';
+-------------------+-------+
| Variable_name     | Value |
+-------------------+-------+
| Threads_cached    | 2     |
| Threads_connected | 1     |
| Threads_created   | 3     |
| Threads_running   | 2     |
+-------------------+-------+
mysql> show variables like '%max_connection%';
+------------------------+-------+
| Variable_name          | Value |
+------------------------+-------+
| max_connections        | 151   |
| mysqlx_max_connections | 100   |
+------------------------+-------+
mysql> show global status like 'max_used_connections';
+----------------------+-------+
| Variable_name        | Value |
+----------------------+-------+
| Max_used_connections | 3     |
+----------------------+-------+

Thread_connected：表示打开的链接数，对应输出的监控指标为：mysql_global_status_threads_connected。

Threads_running：表示激活的连接数，并发数，对应输出的监控指标为：mysql_global_status_threads_running。

max_used_connections：表示当前使用过的最大连接数，对应输出的监控指标为：mysql_global_status_max_used_connections。

max_connections：表示并发执行的最大连接数，对应输出的监控指标为：mysql_global_variables_max_connections。

查看慢查询数量

mysql> show global status like '%Slow_queries%';
+---------------+-------+
| Variable_name | Value |
+---------------+-------+
| Slow_queries  | 0     |
+---------------+-------+

对应输出监控指标为：mysql_global_status_slow_queries

此指标为当前慢查询的总数，如果想要更精确的显示慢查询额状态，可以使用promQL，将监控指标显示为每秒慢查询的数量，可以如下所示：irate(mysql_global_status_slow_queries[5m])，显示5分钟内，每秒慢查询的数量。

查询QPS

mysql> show global status like 'questions'; 
+---------------+--------+
| Variable_name | Value  |
+---------------+--------+
| Questions     | 407158 |
+---------------+--------+

Questions：表示为收到的总请求的次数，对应输出的监控指标为：mysql_global_status_questions。如果想要得到没秒请求的数量，可以如下方法所示：

irate(mysql_global_status_questions[5m])，显示5分钟内每秒请求的数量，即QPS。

查询innodb_buffer_pool命中率

mysql> show global status like 'innodb_buffer_pool_read%';
+---------------------------------------+-------+
| Variable_name                         | Value |
+---------------------------------------+-------+
| Innodb_buffer_pool_read_ahead_rnd     | 0     |
| Innodb_buffer_pool_read_ahead         | 0     |
| Innodb_buffer_pool_read_ahead_evicted | 0     |
| Innodb_buffer_pool_read_requests      | 19268 |
| Innodb_buffer_pool_reads              | 887   |
+---------------------------------------+-------+

Innodb_buffer_pool_reads：表示直接从磁盘读的次数，对应输出的监控指标为：

mysql_global_status_innodb_buffer_pool_reads。

Innodb_buffer_pool_read_requests：表示逻辑读的次数，

对应输出的监控指标为：

mysql_global_status_innodb_buffer_pool_read_requests。

计算逻辑读的命中率，公式为：100 - 100 * (mysql_global_status_innodb_buffer_pool_reads/

mysql_global_status_innodb_buffer_pool_read_requests)。

查询打开表的数量

mysql> show global status like 'open_tables';
+---------------+-------+
| Variable_name | Value |
+---------------+-------+
| Open_tables   | 371   |
+---------------+-------+

对应输出的监控指标为：mysql_global_status_open_tables

查询表缓存命中率

mysql> show global status like 'threads_created';
+-----------------+-------+
| Variable_name   | Value |
+-----------------+-------+
| Threads_created | 3     |
+-----------------+-------+
mysql> show global status like 'connections';
+---------------+-------+
| Variable_name | Value |
+---------------+-------+
| Connections   | 33479 |
+---------------+-------+

Threads_created：表示创建过的线程数，对应输出的监控指标为：mysql_global_status_threads_created。

Connections：表示试图链接mysql服务器的次数，对应输出的监控指标为：mysql_global_status_connections。

表缓存命中率为：(1-mysql_global_status_threads_created/mysql_global_status_connections)*100 。

查询锁状态

mysql> show global status like 'table_locks%';
+-----------------------+--------+
| Variable_name         | Value  |
+-----------------------+--------+
| Table_locks_immediate | 156335 |
| Table_locks_waited    | 0      |
+-----------------------+--------+

Table_locks_immediate：表示行锁总数量，对应输出监控指标为：mysql_global_status_table_locks_immediate，可以计算每秒行锁数量，如：

irate(mysql_global_status_table_locks_immediate[5m])。

Table_locks_waited 表示为表锁数量，对应输出监控指标为：mysql_global_status_table_locks_waited。

查询临时表状态

mysql> show global status like '%tmp%';
+-------------------------+--------+
| Variable_name           | Value  |
+-------------------------+--------+
| Created_tmp_disk_tables | 0      |
| Created_tmp_files       | 6      |
| Created_tmp_tables      | 111563 |
+-------------------------+--------+

Created_tmp_disk_tables：表示为创建磁盘临时表数量，对应输出监控指标为：mysql_global_status_created_tmp_disk_tables。

Created_tmp_tables：表示服务器内部创建临时表的数量，对应输出指标为：mysql_global_status_created_tmp_tables。

临时表比例计算为：

mysql_global_status_created_tmp_disk_tables/mysql_global_status_created_tmp_tables。

python脚本实现监控指标及sql语句

mysql组复制相关信息记录在performance_schema库中的replicaion_conection_status、replication_group_member_stats、replication_group_members表中，通过关联查询能够得到组复制相关的监控项

查询当前mysql待应用的事务数

SELECT 
    @@GLOBAL .server_uuid,
    GTID_SUBTRACT(RECEIVED_TRANSACTION_SET,
            @@GLOBAL .GTID_EXECUTED)
FROM
    performance_schema.replication_connection_status
WHERE
    channel_name = 'group_replication_applier'

对应输出的监控指标为：mysql_mgr_apply_queue

查询当前mysql待认证的事务数

SELECT 
    MEMBER_ID, Count_Transactions_in_queue
FROM
    performance_schema.replication_group_member_stats
WHERE
    member_id = @@GLOBAL .server_uuid

对应输出的监控指标为：mysql_mgr_cert_queue

查寻当前mysql的节点状态，如果是online返回1，如果是offline返回2，如果是error返回3，如果是recovering返回4.

SELECT 
    member_id,
    CASE
        WHEN MEMBER_STATE = 'ONLINE' THEN 1
        WHEN MEMBER_STATE = 'OFFLINE' THEN 2
        WHEN MEMBER_STATE = 'ERROR' THEN 3
        WHEN MEMBER_STATE = 'RECOVERING' THEN 4
        ELSE 0
    END AS MEMBER_STATE
FROM
    performance_schema.replication_group_members
WHERE
    MEMBER_ID = @@GLOBAL .server_uuid
        OR MEMBER_ID = ''

对应输出的监控指标为：mysql_mgr_node_status

查询当前mysql节点的健康状态情况，如果online返回1，如果offline返回0。

SELECT 
    member_id,
    IF(MEMBER_STATE = 'ONLINE'
            AND ((SELECT 
                COUNT(*)
            FROM
                performance_schema.replication_group_members
            WHERE
                MEMBER_STATE != 'ONLINE') >= ((SELECT 
                COUNT(*)
            FROM
                performance_schema.replication_group_members) / 2) = 0),
        '1',
        '0')
FROM
    performance_schema.replication_group_members
        JOIN
    performance_schema.replication_group_member_stats USING (member_id)
WHERE
    member_id = @@GLOBAL .server_uuid

对应输出的监控指标为：mysql_mgr_node_health

查询当前mysql节点角色情况，如果是主库返回1，如果是非主库返回0。

SELECT 
    @@server_uuid,
    IF(@@GLOBAL .group_replication_single_primary_mode,
        (SELECT 
                COUNT(1)
            FROM
                performance_schema.global_status
            WHERE
                variable_value = @@server_uuid),
        (SELECT 
                COUNT(1)
            FROM
                performance_schema.replication_group_members
            WHERE
                member_id = @@server_uuid
                    AND member_state = 'ONLINE')) AS isPrimary

对应输出的监控指标为：mysql_mgr_role

大事务查询

SELECT 
    @@GLOBAL .server_uuid, COUNT(trx_id)
FROM
    information_schema.INNODB_TRX,
    sys.session AS se
WHERE
    trx_mysql_thread_id = conn_id

对应输出的监控指标为：mysql_big_trx，由于此查询需要调用MySQL系统sys相关视图，所以需要为exporter额外授权。

grant usage on *.* to exporter@'%';
grant select,execute on sys.* to exporter@'%';

七、grafana面板

grafana是一款带面板展示效果的开源应用。通过配置拉取prometheus服务器的指标数据，支持时序数据的查询及展示。拥有查询编译器功能，能够对时序数据运算后进行可视化展示。只需把prometheus提供的http服务配置即可。以下为MySQL监控指标图像化展示效果。

原题：云上MySQL监控实践
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