Python 应用接入 Prometheus 监控

lxkaka 2022-07-29

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在这篇文章^[1] 我们介绍了 Prmetheus metrics 的基本类型和在 Golang 中的简单应用。我们知道在一个通过 Http 协议提供在线服务的应用中可以通过接口 /metrics
来 expose metrics，然后 promethues 可以通过定时 pull 的方式来抓取指标，这样可以实现服务的监控。那在一个不是通过 Http 接口来提供服务的应用我们如何做应用监控呢？比如在一个只从中间件中消费消息的 Python 应用怎么样通过 Promethues 实现应用监控就是在这篇文章中要介绍的内容。

收集 Metrics 的方式

Pull

Prometheus 获取数据的方式只有拉取(PULL)，即 Prometheus 会以固定频率去请求每个 target 所提供的 http url来获取数据。这就需要每个服务端点提供 http 的接口来获取实时的数据。就对应我们上面提到的通过提供接口 /metrics
。

Push

并不是所有的应用都能提供 http 接口，为了兼容这种场景 Promethues 也通过增加组件 PushGateway 实现了应用主动推送的方式。PushGateway 本质上就是一个代理服务，独立部署。它没有数据抓取功能，只能被动的等待数据推送。应用把数据推送到 PushGateway 后，Prometheus 再从 PushGateway抓取。

推送监控指标

我们看推送的方式如何实现，以监控任务中某一阶段的耗时这样一个例子实践
首先我们依赖 Promethues 的 Python 官方客户端^[2]。

示例代码如下

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
import random
import threading
import time


from prometheus_client import CollectorRegistry, Histogram, push_to_gateway




class Moni:
    registry = CollectorRegistry()
    h = Histogram('job_duration_seconds', 'duration of job', labelnames=['job_name'],
                  buckets=[1, 2, 3, 10, 20, 50, 100], registry=registry)


    @classmethod
    def push(cls):
        push_to_gateway('http://localhost:9091', job='moni', registry=cls.registry)


    @classmethod
    def start(cls):
        def run():
            while True:
                cls.push()
                time.sleep(5)


        t = threading.Thread(target=run)
        t.daemon = True
        t.start()




def job_run():
    st = time.time()
    time.sleep(random.uniform(0, 10))
    duration = time.time() - st
    Moni.h.labels(job_name="test_job").observe(duration)
    print('模拟 job 运行: ', duration)




def task():
    for i in range(10):
        print('模拟任务开始运行...')
        job_run()
    time.sleep(10)




if __name__ == '__main__':
    Moni.start()
    task()

运行上面示例代码得到如下结果

/Users/lxkaka/bili/rubick-toys/venv/bin/python3 Users/lxkaka/bili/rubick-worker/test_metrics.py
模拟任务开始运行...
模拟 job 运行:  0.1491992473602295
模拟任务开始运行...
模拟 job 运行:  9.469422817230225
模拟任务开始运行...
模拟 job 运行:  3.0821011066436768
模拟任务开始运行...
模拟 job 运行:  4.389142990112305
模拟任务开始运行...
模拟 job 运行:  6.255290985107422
模拟任务开始运行...
模拟 job 运行:  8.34602689743042
模拟任务开始运行...
模拟 job 运行:  0.5739247798919678
模拟任务开始运行...
模拟 job 运行:  5.111149072647095
模拟任务开始运行...
模拟 job 运行:  2.314656972885132
模拟任务开始运行...
模拟 job 运行:  3.758761405944824


Process finished with exit code 0

下面的图展示了在 PushGateway 中收集到的结果，可以看到 metrics 和上面输出完全一致

此外 prometheus_client
提供了更方便的使用方式--装饰器，可以更优雅的实现指标监控，以上面的示例为例修改如下：

h_label = Moni.h.labels(job_name='test_job')


@h_label.time()
def job_run():
    time.sleep(random.uniform(0, 10))

其他指标类型的装饰器比如

from prometheus_client import Counter, Gauge


c = Counter('my_failures', 'Description of counter')
@c.count_exceptions()
def f():
  pass


g = Gauge('my_inprogress_requests', 'Description of gauge')
@g.track_inprogress()
def f():
  pass

拉取监控指标

在任务类型的应用中虽然没有现成的 Http server，但我们可以在任务进程中起一个子线程去启动一个 Http server, 这个 server 提供接口给 Promethues 拉取指标。在 prometheus_client
已经提供了 start_http_server
方法来启动一个后台 Http Server。使用示例如下

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
# !/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
import random
import time


from prometheus_client import Histogram, start_http_server




class Moni:
    h = Histogram('job_duration_seconds', 'duration of job', labelnames=['job_name'],
                  buckets=[1, 2, 3, 10, 20, 50, 100])


    @classmethod
    def start(cls):
        start_http_server(8000)




h_label = Moni.h.labels(job_name='test_job')




@h_label.time()
def job_run():
    time.sleep(random.uniform(0, 10))




def task():
    for i in range(10):
        print('模拟任务开始运行...')
        job_run()
    time.sleep(100)




if __name__ == '__main__':
    Moni.start()
    task()

容器的 health check 配置上此端口，提高监控的可用性。查看接口，输出结果如下

# HELP job_duration_seconds duration of job
# TYPE job_duration_seconds histogram
job_duration_seconds_bucket{job_name="test_job",le="1.0"} 2.0
job_duration_seconds_bucket{job_name="test_job",le="2.0"} 2.0
job_duration_seconds_bucket{job_name="test_job",le="3.0"} 2.0
job_duration_seconds_bucket{job_name="test_job",le="10.0"} 10.0
job_duration_seconds_bucket{job_name="test_job",le="20.0"} 10.0
job_duration_seconds_bucket{job_name="test_job",le="50.0"} 10.0
job_duration_seconds_bucket{job_name="test_job",le="100.0"} 10.0
job_duration_seconds_bucket{job_name="test_job",le="+Inf"} 10.0
job_duration_seconds_count{job_name="test_job"} 10.0

在 Promethues 中查看抓取结果如下图所示

此外，当我们的 Python 应用包含多个进程，上述的方式就不能 work 了。关于如何在多进程中 expose metrics 我们后续更新到文章中。

References

[1]
这篇文章: https://www.lxkaka.wang/app-metrics/
[2]
官方客户端: https://github.com/prometheus/client_python

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