观察混合云环境中 Kubernetes 可观测性的 6 种有效策略

在混合云环境中观察Kubernetes需要理解分布式系统的行为和性能。我下面这篇文章中的六个策略可以帮助实现这一目标。

2023年，原生云应用和平台迅速增长。组织不断努力最大化其应用程序的潜力，确保无缝的用户体验，并推动业务增长。混合云环境的兴起和容器化技术（如Kubernetes）的采用，彻底改变了现代应用程序的开发、部署和扩展方式。在这个数字化的领域中，Kubernetes是大多数云原生应用程序和工作负载的首选平台，被各行各业广泛采用。根据2022年的一份报告，96%的公司已经在使用或评估在其云系统中实施Kubernetes。这个受欢迎的开源工具对于容器编排和发现、负载均衡和其他功能非常有帮助。

然而，随着这种转变的到来，也带来了一系列新的挑战。随着应用程序的复杂性增加，对强大的可观察性解决方案的需求也越来越大，这些解决方案可以使企业深入了解其容器化工作负载。这就是Kubernetes可观察性——在混合云环境中管理和优化容器化应用程序的关键方面。在这篇文章中，我们将深入探讨Kubernetes可观察性，探索六种有效的策略，可以帮助企业在混合云环境中充分发挥其容器化应用程序的潜力。这些策略基于行业专业知识和实际经验，将能提供工具和知识，以增强Kubernetes部署的可观察性，推动业务成功。

理解Kubernetes中的可观察性

Kubernetes是一种管理容器化应用程序的强大工具。但是，尽管它具有强大的功能，但在混合云环境中跟踪发生的情况可能很困难。这就是可观察性的作用所在。可观察性是在特定环境中收集、分析和处理数据的过程。在Kubernetes的背景下，可观察性指的是获取有关在Kubernetes集群中运行的容器化应用程序的行为、性能和健康状况的洞察力。

Kubernetes可观察性基于三个关键支柱：

1. 日志：日志提供了有关Kubernetes集群内部行为和事件的宝贵信息。它们捕获了应用程序输出、系统错误和操作事件等重要细节。分析日志有助于解决问题、了解应用程序行为，并识别模式或异常情况。
2. 指标：指标是定量测量，提供有关Kubernetes环境性能和资源利用情况的洞察力。它们包括CPU使用率、内存消耗、网络流量和请求延迟等信息。监控和分析指标有助于识别性能瓶颈、规划容量和优化资源分配。
3. 追踪：追踪能够全面了解Kubernetes应用程序中微服务之间请求流程的可见性。分布式追踪捕获不同组件之间的时间数据和依赖关系，提供对请求路径的全面理解。追踪有助于识别延迟问题、了解系统依赖关系，并优化关键路径以提高应用程序性能。

Kubernetes可观察性的过程通常涉及从各种来源收集和分析数据，以了解系统的内部状态并提供可操作的智能。通过实施正确的可观察性策略，可以深入了解应用程序和基础架构，从而帮助实现以下目标：

• 快速检测和解决问题
• 提高性能和可靠性
• 优化资源使用
• 满足合规要求

可观察性过程正在IT团队中迅速被采用。到2026年，70%的组织将成功应用可观察性，以实现更短的决策延迟，同时增加分布式、有组织和简化的数据管理流程。

1. 使用集中式日志和日志聚合

对于获得分布式系统的洞察力，集中式日志是一种关键策略。在Kubernetes环境中，应用程序跨越多个容器和节点，收集和分析来自各种来源的日志变得至关重要。 集中式日志记录涉及将不同组件的日志合并到一个易于访问的位置。集中式日志记录的重要性在于它能够提供对系统行为和性能的整体视图。通过Kubernetes日志记录，可以关联事件并识别Kubernetes集群中的模式，从而实现高效的故障排除和根本原因分析。 要在Kubernetes中实施集中式日志记录，可以利用强大的日志聚合工具或云原生解决方案，如Amazon CloudWatch Logs或Google Cloud Logging。这些工具提供了可扩展和高效的方式来收集、存储和分析来自Kubernetes集群的日志。

2. 利用分布式追踪实现端到端可见性

在复杂的Kubernetes环境中，微服务分布在多个容器和节点上，理解请求的流动和不同组件之间的交互变得具有挑战性。这就是分布式追踪发挥作用的地方，它提供了对请求执行路径的端到端可见性，当请求通过各种服务时，可以了解其旅程。分布式追踪允许追踪请求从入口点到触及的所有微服务的路径，捕获有关每个步骤的宝贵信息。通过使用追踪库或代理为应用程序进行仪器化，您可以生成追踪数据，揭示每个服务的持续时间、延迟和潜在瓶颈。 在Kubernetes中利用分布式追踪的好处是显著的。首先，它帮助了解服务之间的依赖关系和关系，实现更好的故障排除和性能优化。当请求出现延迟或错误时，可以快速识别负责的服务或组件，并采取纠正措施。其次，分布式追踪允许测量和监控各个服务及其交互的性能。通过分析追踪数据，可以识别性能瓶颈，检测资源使用效率低下，并优化系统的整体响应能力。这些信息对于容量规划和确保Kubernetes环境的可扩展性非常宝贵。有几种流行的分布式追踪解决方案可供选择。这些工具提供了必要的仪器化和基础设施，以有效地收集和可视化追踪数据。通过将这些解决方案集成到Kubernetes部署中，可以全面了解微服务的行为，并推动持续改进。

3. 将Kubernetes与APM解决方案集成

为了在Kubernetes中实现全面的可观察性，将您的环境与应用性能监控（APM）解决方案集成是至关重要的。APM解决方案提供了超越传统指标和日志的高级监控功能，可以深入了解各个应用程序组件的性能和行为。APM集成的主要好处之一是能够检测和诊断Kubernetes应用程序中的性能瓶颈。通过APM解决方案，可以追踪请求在各个服务中的传递，并识别延迟高或资源争用的区域。凭借这些信息，可以采取有针对性的措施来优化关键路径，并改善整体应用程序性能。许多APM解决方案提供了专门的Kubernetes集成，简化了容器化应用程序的监控和管理。这些集成提供了预配置的仪表板、警报和仪器化库，简化了在Kubernetes环境中捕获和分析APM数据的过程。

4. 使用基于指标的监控

基于指标的监控是Kubernetes中可观察性的基础。它涉及收集和分析关键指标，以提供有关Kubernetes集群和应用程序的健康状况、性能和资源利用情况的洞察。在Kubernetes中进行基于指标的监控时，有几个关键组件需要考虑：

• 节点级指标：监控Kubernetes集群中各个节点的资源利用情况对于容量规划和基础设施优化至关重要。CPU使用率、内存使用率、磁盘I/O和网络带宽等指标可以帮助识别潜在的资源瓶颈，并确保资源的最佳分配。
• Pod级指标：Pod是Kubernetes中的基本部署单位。监控与Pod相关的指标可以评估其资源消耗、健康状况和整体性能。关键的Pod级指标包括CPU和内存使用率、网络吞吐量和请求成功率。
• 容器级指标：Pod中的容器封装了单个应用程序组件。监控容器级指标可以帮助了解特定应用程序服务或进程的资源消耗和行为。CPU使用率、内存使用率和文件系统利用率等指标可以提供有关容器性能的洞察。
• 特定应用程序指标：根据应用程序的要求，可能需要监控与业务逻辑或领域相关的自定义指标。这些指标可能包括事务率、错误率、缓存命中率或其他相关的性能指标。

5. 使用自定义Kubernetes事件增强可观察性

自定义事件用于Kubernetes组件之间以及Kubernetes与外部系统之间的通信。它们可以标识重要的事件，例如部署、扩展操作、配置更改，甚至是容器内的特定应用程序事件。 通过利用自定义事件，可以在可观察性方面获得多个好处：

• 主动监控：自定义事件允许定义和监控需要关注的特定条件。例如，可以创建事件来指示资源不足、Pod发生故障或超过特定阈值时。通过捕获这些事件，可以在问题升级之前主动检测和解决问题。
• 上下文信息：自定义事件可以包含额外的上下文信息，有助于故障排除和分析根本原因。可以附加相关的详细信息，例如错误消息、时间戳、受影响的资源或任何其他提供事件重要性洞察的元数据。这种额外的上下文有助于更有效地理解和解决问题。
• 与外部系统的集成：Kubernetes自定义事件可以被外部系统（如监控平台或事务管理工具）消费。集成这些系统可以根据特定事件触发自动响应或通知。这简化了事务响应流程，并确保及时解决关键问题。

要利用自定义Kubernetes事件，可以使用Kubernetes事件钩子、自定义控制器，甚至使用Kubernetes API开发基于事件驱动的应用程序。通过定义事件触发器、捕获相关信息并对事件做出反应，可以建立一个强大的可观察性框架，与传统的监控方法相辅相成。

6. 引入合成监控以实现主动可观察性

合成监控模拟用户的行为路径或特定的交易，代表与应用程序的日常交互。这些合成测试可以定期从不同的地理位置运行，模拟用户行为并测量关键性能指标。在Kubernetes环境中引入合成监控有几个关键好处：

主动问题检测：合成测试可以让在真实用户受影响之前检测到问题。通过定期模拟用户交互，可以识别性能下降、错误或无响应的组件。这种早期检测能够主动解决问题，保持应用程序的高可用性。

性能基准测试：合成监控为性能基准测试和SLA合规提供了基准。通过从不同位置运行一致的测试，可以在正常条件下测量响应时间、延迟和可用性。这些基准可用于检测异常情况并确保最佳性能。

地理洞察：合成测试可以配置为从不同的地理位置运行，提供有关应用程序在各个地区的性能的洞察。这有助于识别可能影响用户体验的延迟问题或地区差异。通过根据这些洞察优化应用程序的性能，可以确保全球一致的用户体验。可以利用专业工具将合成监控纳入Kubernetes环境中。这些工具提供创建和调度合成测试、监控性能指标和生成报告的功能。

在传统和基于微服务的应用程序中实现Kubernetes可观察性的一种方法是使用Datadog、Splunk、Middleware和Dynatrace等第三方工具。这些工具捕获指标和事件，提供多个开箱即用的报告、图表和警报，节省时间。

总结

本文探讨了在混合云环境中实现Kubernetes可观察性的六种实用策略。通过利用集中式日志记录和日志聚合，利用分布式跟踪，将Kubernetes与APM解决方案集成，采用基于指标的监控，引入自定义Kubernetes事件和合成监控，可以增强对Kubernetes部署行为和性能的理解。 实施这些策略将为分布式系统提供全面的洞察力，实现高效的故障排除、性能优化、主动问题检测和改善用户体验。无论是在操作小规模的Kubernetes环境还是管理复杂的混合云部署，应用这些策略都将有助于应用程序的成功和可靠性。

作者：Savan Kharod

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