一篇吃透监控系统：主流工具选型及落地场景参考

这篇文章，我将对监控体系的基础知识、原理和架构做一次系统性整理，同时还会对几款最常用的开源监控产品做下介绍，以便大家选型时参考。内容包括3部分：

• 必知必会的监控基础知识
• 主流监控系统介绍
• 监控系统的选型建议

一、必知必会的监控基础知识

我们可以理解监控系统就像我们古代打战的哨兵一样，哨兵的角色非常重要，敌人来了，哨兵会第一时间发出预警(吹笛、打鼓、放烟)，让守城的战士能够最快的时间处理，应对。

那对于我们应用系统而言，监控系统就像我们第三只眼，如果有应用系统出现问题，我们可以通过监控系统看是哪里出现问题，是redis挂了，还是说服务器内存满了，有监控系统我们可以很轻松、快速的定位问题。

甚至我们可以设置预警，对一些将要出现的问题进行提前预防处理，及时避免问题的发生。

1、监控系统的作用

1）帮助定位故障

在发生故障时，我们可以通过查看监控系统的各项指标数据，辅助故障分析和定位。

2）预警减少故障率

对于即将可能产生的故障能够及时发出预警信息，做好提前预防处理。

3）辅助容量规划

为服务器、中间件以及应用集群的容量规划提供数据支撑。

4）辅助性能调优

JVM垃圾回收次数、接口响应时间、慢SQL等等都可以监控优化。

2、常见的监控对象和指标都有哪些？

1）服务器监控

CPU使用率、内存使用率、磁盘使用率、磁盘读写的吞吐量、网络出入流量等等。

2）MySQL监控

TPS、QPS、数据库连接数、慢SQL、InnoDB缓冲池命中率等等。

3）Redis监控

内存使用率、缓存命中率、key值总数、Redis响应请求时间、客户端连接数、持久性指标等等。

4）MQ监控

连接数、队列数、生产速率、消费速率、消息堆积量等等。

5）应用监控

• HTTP接口：URL存活、请求量、耗时、异常量。
• JVM ：GC次数、GC耗时、各个内存区域的大小、当前线程数、死锁线程数。
• 线程池：活跃线程数、任务队列大小、任务执行耗时、拒绝任务数。
  

3、监控系统的基本流程

1）数据采集

采集的方式有很多种，包括日志埋点进行采集，JMX标准接口输出监控指标，被监控对象提供REST API进行数据采集（如Hadoop、ES），系统命令行，统一的SDK进行侵入式的埋点和上报等。

2）数据传输

将采集的数据以TCP、UDP或者HTTP协议的形式上报给监控系统，有主动Push模式，也有被动Pull模式。

3）数据存储

有使用MySQL、Oracle等关系数据库存储的，也有使用时序数据库RRDTool、OpentTSDB、InfluxDB存储的，还有使用HBase存储的。

4）数据展示

数据指标的图形化展示。

5）监控告警

灵活的告警设置，以及支持邮件、短信、IM等多种通知通道。

二、市面上的一些常见监控系统比较

下面再来认识下主流的开源监控系统，由于篇幅有限，我挑选了3款使用最广泛的监控系统：Zabbix、Open-Falcon、Prometheus，会对它们的架构进行介绍，同时总结下各自的优劣势。

1、Zabbix介绍

Zabbix 1998年诞生，核心组件采用C语言开发，Web端采用PHP开发。它属于老牌监控系统中的优秀代表，监控功能很全面，使用也很广泛，差不多有70%左右的互联网公司都曾使用过 Zabbix 作为监控解决方案。

先来了解下Zabbix的架构设计：

• Zabbix Server

核心组件，C语言编写，负责接收Agent、Proxy发送的监控数据。同时，它还负责数据的汇总存储以及告警触发等。

• Zabbix Proxy

可选组件，对于被监控机器较多的情况下，可使用Proxy进行分布式监控，它能代理Server收集部分监控数据，以减轻Server的压力。

• Zabbix Agentd

部署在被监控主机上，用于采集本机的数据并发送给Proxy或者Server。数据收集方式同时支持主动Push和被动Pull 两种模式。

• Database

用于存储配置信息以及采集到的数据，支持MySQL、Oracle等关系型数据库。同时，最新版本的Zabbix已经开始支持时序数据库，不过成熟度还不高。

• Web Server

Zabbix的GUI组件，PHP编写，提供监控数据的展现和告警配置。

1）Zabbix的优势

• 产品成熟

由于诞生时间长且使用广泛，拥有丰富的文档资料以及各种开源的数据采集插件，能覆盖绝大部分监控场景。

• 采集方式丰富

支持Agent、SNMP、JMX、SSH等多种采集方式，以及主动和被动的数据传输方式。

2）Zabbix的劣势

需要在被监控主机上安装Agent，所有的数据都存在数据库里，产生的数据很大，瓶颈主要在数据库。

2、Open-Falcon（小米出品，国内流行）

Open-falcon 是小米2015年开源的企业级监控工具，采用Go和Python语言开发，这是一款灵活、高性能且易扩展的新一代监控方案，目前小米、美团、滴滴等超过200家公司在使用它。

小米初期也使用的Zabbix进行监控，但是机器量和业务量上来后，Zabbix就有些力不从心了。因此，后来自主研发了Open-Falcon，在架构设计上吸取了Zabbix的经验，同时很好地解决了Zabbix的诸多痛点。

架构看去比Zabbix复杂多了，其实它也是基于Server—Agent的模式，只不过Server又给他划分了好几个组件，这个耦合性和扩展性都得到了明显提高。

• Falcon-agent

数据采集器和收集器，Go开发，部署在被监控的机器上。就相当于Agent，用于采集机器负载监控指标数据如：CPU、内存、磁盘、IO、网络、端口等等大概有200多个这些都可以自定是否收集。

• Transfer

数据分发组件，接收客户端发送的数据，分别发送给数据存储组件Graph和告警判定组件Judge，Graph和Judge均采用一致性hash做数据分片，以提高横向扩展能力。同时Transfer还支持将数据分发到OpenTSDB，用于历史归档。

• Graph

数据存储组件，底层使用RRDTool（时序数据库）做单个指标的存储，并通过缓存、分批写入磁盘等方式进行了优化。据说一个graph实例能够处理8W+每秒的写入速率。

• Judge和Alarm

告警组件，Judge对Transfer组件上报的数据进行实时计算，判断是否要产生告警事件，Alarm组件对告警事件进行收敛处理后，将告警消息推送给各个消息通道。

• API

面向终端用户，收到查询请求后会去Graph中查询指标数据，汇总结果后统一返回给用户，屏蔽了存储集群的分片细节。

1）Open-Falcon优势

• 自动采集能力

Falcon-agent 能自动采集服务器的200多个基础指标（比如CPU、内存等），无需在server上做任何配置，这一点可以秒杀Zabbix.

• 强大的存储能力

底层采RRDTool，并且通过一致性hash进行数据分片，构建了一个分布式的时序数据存储系统，可扩展性强。

• 灵活的数据模型

借鉴OpenTSDB，数据模型中引入了tag，这样能支持多维度的聚合统计以及告警规则设置，大大提高了使用效率。

• 插件统一管理

Open-Falcon的插件机制实现了对用户自定义脚本的统一化管理，可通过HeartBeat Server分发给agent，减轻了使用者自主维护脚本的成本。

• 个性化监控支持

基于Proxy-gateway，很容易通过自主埋点实现应用层的监控（比如监控接口的访问量和耗时）和其他个性化监控需求，集成方便。

2）Open-Falcon缺点

• 监控类型较少

不支持常用应用服务器如tomcat、apache、jetty等的监控。

• 整体发展一般，社区活跃度低

没有专门的运维支持，代码更新较少，没有一个较大的社区来维护，后续想要有什么新的能力基本只能指望自己扩展。

3、Prometheus（号称下一代监控系统）

我们知道 zabbix 在监控界占有不可撼动的地位，功能强大。但是对容器监控显得力不从心。为解决监控容器的问题，引入了 Prometheus 技术。

Prometheus 是一套开源的系统监控报警框架。是由前google员工2015年正式发布的开源监控系统，采用Go语言开发。它不仅有一个很酷的名字，同时它有Google与k8s的强力支持，开源社区异常火爆。

先来了解下Prometheus的架构设计：

• Exporter

主要用来采集数据，并通过 HTTP 服务的形式暴露给 Prometheus Server，Prometheus Server 通过访问该 Exporter 提供的接口，即可获取到需要采集的监控数据。常见的Exporter有很多，例如node_exporter、mysqld_exporter、redis_exporter 等

• Prometheus Server

核心组件，负责实现对监控数据的获取，存储以及查询。Prometheus Server 也是一个时序数据库，它将监控数据保存在本地磁盘中，并对外提供自定义的 PromQL 语言实现对数据的查询和分析。

• Push gateway

由于 Prometheus 数据采集采用 pull 方式进行设置的， 内置必须保证 prometheus server 和对应的 exporter 必须通信，当网络情况无法直接满足时，可以使用 pushgateway 来进行中转，可以通过 pushgateway 将内部网络数据主动 push 到 gateway 里面去，而 prometheus 采用 pull方式拉取 pushgateway 中数据。

• Alert Manager

当支持基于 PromQL 创建告警规则，如果满足定义的规则，则会产生一条告警信息，进入 AlertManager 进行处理。可以集成邮件，微信或者通过 webhook 自定义报警。

• Web UI

Prometheus内置了一个简单的web控制台，可以查询配置信息和指标等，而实际应用中我们通常会将Prometheus作为Grafana的数据源，创建仪表盘以及查看指标。

1）Prometheus优点

• 社区活跃度高

github start超过40k，且一直在维护。

• 基于时序数据库，存储效率高

Prometheus核心部分只有一个单独的二进制文件，不存在任何的第三方依赖(数据库，缓存等等)。唯一需要的就是 本地磁盘，因此不会有潜在级联故障的风险。

• 很好地支持容器监控

能自动发现容器，同时k8s和etcd等项目都提供了对Prometheus的原生支持，是目前容器监控最流行的方案。

• 基于Pull模型的架构

Prometheus基于Pull模型的架构方式，可以在任何地方（本地电脑，开发环境，测试环境）搭建我们的监控系统。

2）Prometheus缺点

• Prometheus 是基于 Metric 的监控，不适用于日志（Logs）、事件(Event)、调用链(Tracing)。
• 由于Prometheus采用的是Pull模型拉取数据，意味着所有被监控的endpoint必须是可达的，需要合理规划网络的安全配置。
• 指标众多，需进行适当裁剪。

三、选型建议

通过上面的介绍，大家对主流的监控系统应该有了一定的认识。面对选型问题，我的建议是：

1）先明确清楚你的监控需求：要监控的对象有哪些？机器数量和监控指标有多少？需要具备什么样的告警功能？

2）监控是一项长期建设的事情，一开始就想做一个 All In One 的监控解决方案，我觉得没有必要。从成本角度考虑，在初期直接使用开源的监控方案即可，先解决有无问题。

3）从系统成熟度上看，Zabbix属于老牌的监控系统，资料多，功能全面且稳定，如果机器数量在几百台以内，不用太担心性能问题，另外，采用数据库分区、SSD硬盘、Proxy架构、Push采集模式都可以提高监控性能。

4）Zabbix在服务器监控方面占绝对优势，可以满足90%以上的监控场景，但是应用层的监控似乎并不擅长，比如要监控线程池的状态、某个内部接口的执行时间等，这种通常都要做侵入式埋点。相反，新一代的监控系统Open-Falcon和Prometheus在这一点做得很好。

5）从整体表现上来看，新一代监控系统也有明显的优势，比如：灵活的数据模型、更成熟的时序数据库、强大的告警功能，如果之前对zabbix这种传统监控没有技术积累，建议使用Open-Falcon或者Prometheus.

6）Open-Falcon的核心优势在于数据分片功能，能支撑更多的机器和监控项；Prometheus则是容器监控方面的标配，有Google和k8s加持。

7）Zabbix、Open-Falcon和Prometheus都支持和Grafana做快速集成，想要美观且强大的可视化体验，可以和Grafana进行组合。

8）用合适的监控系统解决相应的问题即可，可以多套监控同时使用，这种在企业初期很常见。

9）到中后期，随着机器数据增加和个性化需求增多（比如希望统一监控平台、打通公司的CMDB和组织架构关系），往往需要二次开发或者通过监控系统提供的API做集成，从这点来看，Open-Falcon或者Prometheus更合适。

10）如果非要自研，可以多研究下主流监控系统的架构方案，借鉴它们的优势。