性能监控之 Blackbox_exporter+Prometheus+Grafana 实现网络探测

观书散遗帙，探古穷至妙。这篇文章主要讲述性能监控之 Blackbox_exporter+Prometheus+Grafana 实现网络探测相关的知识，希望能为你提供帮助。
一、什么是黑盒监控？

前面文章中我们主要介绍了 Prometheus 下如何进行白盒监控，我们监控主机的资源用量等运行数据。这些都是支持业务和服务的基础设施，通过白盒能够了解其内部的实际运行状态，通过对监控指标的观察能够预判可能出现的问题，从而对潜在的不确定因素进行优化。而从完整的全局监控逻辑的角度，除了大量的应用白盒监控以外，还应该添加适当的黑盒监控。黑盒监控即以用户的身份测试服务的外部可见性，常见的黑盒监控包括 HTT P探针、TCP 探针等用于检测站点或者服务的可访问性，以及访问效率等。
二、blackbox_exporter 简介blackbox_exporter 是 Prometheus 官方提供的官方黑盒监控解决方案，其中 exporter 之一，可以提供 http(s)、dns、tcp、icmp 的方式对网络进行探测。
Github地址：https://github.com/prometheus/blackbox_exporter
目前支持的应用场景：

ICMP 测试

主机探活机制

TCP 测试

业务组件端口状态监听
应用层协议定义与监听

HTTP 测试

定义 Request Header 信息
判断 Http status / Http Respones Header / Http Body 内容

POST 测试

接口联通性

SSL 证书过期时间
自定义测试（扩展）

三、安装1、二进制包
各个版本的 blackbox_exporter 下载地址为：https://github.com/prometheus/blackbox_exporter/releases以 Linux 系统为例，下载编译好的二进制包，解压使用：

# cd /data/blackbox_exporter/
# ./blackbox_exporter --version
blackbox_exporter, version 0.16.0 (branch: HEAD, revision: 991f89846ae10db22a3933356a7d196642fcb9a9)
build user:root@64f600555645
build date:20191111-16:27:24
go version:go1.13.4

nohup ./blackbox_exporter &

2、docker

docker run -id --name blackbox-exporter -p 9115:9115prom/blackbox-exporter

四、使用原理【性能监控之 Blackbox_exporter+Prometheus+Grafana 实现网络探测】官方解释：https://github.com/prometheus/blackbox_exporter/blob/master/CONFIGURATION.md
运行 blackbox_exporter 时，需要用户提供探针的配置信息，这些配置信息可能是一些自定义的 http 头信息，也可能是探测时需要的一些 tls 配置，也可能是探针本身的验证行为。在 blackbox_exporter 每一个探针配置称为一个 module，并且以 yaml 配置文件的形式提供给 blackbox_exporter 。每一个 module 主要包含以下配置内容，包括探针类型（prober）、验证访问超时时间（timeout）、以及当前探针的具体配置项：

# 探针类型: http https tcp dns icmp
prober: < prober_string>

# 超时时间
[ timeout: < duration> ]#默认单位秒

# 探针的详细配置,最多只能配置其中一个
[ http: < http_probe> ]
[ tcp: < tcp_probe> ]
[ dns: < dns_probe> ]
[ icmp: < icmp_probe> ]

< http_probe> 可配置参数：

# 此探针接受的状态代码。默认为2xx。
[ valid_status_codes: < int> , ... | default = 2xx ]

# 此探针接受的 HTTP 版本。
[ valid_http_versions: < string> , ... ]

# 探针将使用的 HTTP 方法。
[ method: < string> | default = "GET" ]

# 为探针设置的 HTTP 标头。
headers:
[ < string> : < string> ... ]

# 探针是否将遵循任何重定向。
[ no_follow_redirects: < boolean> | default = false ]

# 如果存在SSL，则探测失败。
[ fail_if_ssl: < boolean> | default = false ]

# 如果不存在SSL，则探测失败。
[ fail_if_not_ssl: < boolean> | default = false ]

# 如果响应主体与正则表达式匹配，则探测失败。
fail_if_body_matches_regexp:
[ - < regex> , ... ]

# 如果响应主体与正则表达式不匹配，则探测失败。
fail_if_body_not_matches_regexp:
[ - < regex> , ... ]

# 如果响应头与正则表达式匹配，则探测失败。对于具有多个值的标头，如果*至少一个*匹配，则失败。
fail_if_header_matches:
[ - < http_header_match_spec> , ... ]

# 如果响应头与正则表达式不匹配，则探测失败。对于具有多个值的标头，如果* none *不匹配，则失败。
fail_if_header_not_matches:
[ - < http_header_match_spec> , ... ]

# HTTP 探针的 TLS 协议的配置。
tls_config:
[ < tls_config> ]

# 目标的 HTTP 基本身份验证凭据。
basic_auth:
[ username: < string> ]
[ password: < secret> ]
[ password_file: < filename> ]

# 目标的承载令牌。
[ bearer_token: < secret> ]

# 目标的承载令牌文件。
[ bearer_token_file: < filename> ]

# 用于连接到目标的 HTTP 代理服务器。
[ proxy_url: < string> ]

# HTTP 探针的 IP 协议（ip4，ip6）
[ preferred_ip_protocol: < string> | default = "ip6" ]
[ ip_protocol_fallback: < boolean> | default = true ]

# 探针中使用的 HTTP 请求的主体。
body: [ < string> ]

五、几种应用场景1、ICMP 测试（主机探活）
可以通过 ping(icmp) 检测服务器的存活,在 ??blackbox.yml?? 配置文件中配置使用 icmp module：

modules:
icmp:
prober: icmp

在 prometheus 配置文件如下：

- job_name: \'blackbox-ping\'
metrics_path: /probe
params:
modelus: [icmp]
static_configs:
- targets:
- 172.16.106.208#被监控端ip
- 172.16.106.80
relabel_configs:
- source_labels: [__address__]
target_label: __param_target
- source_labels: [__param_target]
target_label: instance
- target_label: __address__
replacement: 172.16.106.84:9115#blackbox-exporter 所在的机器和端口

这里分别配置了名为 blackbox-ping 的采集任务，并且通过 params 指定使用的探针（module）以及探测目标（target）。那问题就来了，假如我们有 N 个目标站点且都需要 M 种探测方式，那么 Prometheus 中将包含 N * M 个采集任务，从配置管理的角度来说显然是不可接受的。在前面的文章我们介绍了 Prometheus 的 Relabeling 能力，这里我们也可以采用 Relabling 的方式对这些配置进行简化。这里针对每一个探针服务（如 icmp）定义一个采集任务，并且直接将任务的采集目标定义为我们需要探测的站点。在采集样本数据之前通过 relabel_configs 对采集任务进行动态设置。

第1步，根据 ??target?? 实例的地址，写入 ??__param_target?? 标签中。??__param_< name> ?? 形式的标签表示，在采集任务时会在请求目标地址中添加 ??< name> ?? 参数，等同于 ??params?? 的设置；
第2步，获取 ??__param_target?? 的值，并覆写到 ??instance?? 标签中；
第3步，覆写 ??target?? 实例的 ??__address__?? 标签值为 ??blackbox_exporter?? 实例的访问地址。

通过以上3个 relabel 步骤，即可大大简化 Prometheus 任务配置的复杂度。

性能监控之 Blackbox_exporter+Prometheus+Grafana 实现网络探测

文章图片

2、TCP 测试（监控主机端口存活状态）
在 ??blackbox.yml?? 配置文件中配置使用 tcp module：

modules:
tcp_connect:
prober: tcp

在 prometheus 配置文件如下:

- job_name: \'blackbox-tcp\'
metrics_path: /probe
params:
modelus: [tcp_connect]
static_configs:
- targets:
- 172.16.106.208:6443
- 172.16.106.80:6443
relabel_configs:
- source_labels: [__address__]
target_label: __param_target
- source_labels: [__param_target]
target_label: instance
- target_label: __address__
replacement: 172.16.106.84:9115

3、HTTP检测（监控网站状态）
http 探针是进行黑盒监控时最常用的探针之一，通过 http 探针能够网站或者 http 服务建立有效的监控，包括其本身的可用性，以及用户体验相关的如响应时间等等。除了能够在服务出现异常的时候及时报警，还能帮助运维同学分析和优化网站体验。
在 ??blackbox.yml?? 配置文件中配置使用 http module：

modules:
http_2xx:
prober: http
http:
method: GET
http_post_2xx:
prober: http
http:
method: POST

在 prometheus 配置文件如下:

- job_name: \'blackbox-http\'
metrics_path: /probe
params:
modelue: [http_2xx]
static_configs:
- targets:
- http://monitor.mall.demo.com/login
relabel_configs:
- source_labels: [__address__]
target_label: __param_target
- source_labels: [__param_target]
target_label: instance
- target_label: __address__
replacement: 172.16.106.84:9115#blackbox-exporter 所在的机器和端口

通过 prober 配置项指定探针类型。配置项 http 用于自定义探针的探测方式，这里有没对 http 配置项添加任何配置，表示完全使用 http 探针的默认配置，该探针将使用 http get 的方式对目标服务进行探测，并且验证返回状态码是否为 2xx，是则表示验证成功，否则失败。
采集的数据如下：

# DNS解析时间,单位 s
probe_dns_lookup_time_seconds 0.000199105
# 探测从开始到结束的时间,单位 s,请求这个页面响应时间
probe_duration_seconds 0.010889113
# HELP probe_failed_due_to_regex Indicates if probe failed due to regex
# TYPE probe_failed_due_to_regex gauge
probe_failed_due_to_regex 0
# HTTP 内容响应的长度
probe_http_content_length -1
# 按照阶段统计每阶段的时间
probe_http_duration_seconds{phase="connect"} 0.001083728#连接时间
probe_http_duration_seconds{phase="processing"} 0.008365885 #处理请求的时间
probe_http_duration_seconds{phase="resolve"} 0.000199105#响应时间
probe_http_duration_seconds{phase="tls"} 0#校验证书的时间
probe_http_duration_seconds{phase="transfer"} 0.000446424#传输时间
# 重定向的次数
probe_http_redirects 0
# ssl 指示是否将 SSL 用于最终重定向
probe_http_ssl 0
# 返回的状态码
probe_http_status_code 200
# 未压缩的响应主体长度
probe_http_uncompressed_body_length 1766
# http 协议的版本
probe_http_version 1.1
# HELP probe_ip_addr_hash Specifies the hash of IP address. It\'s useful to detect if the IP address changes.
probe_ip_addr_hash 3.24030434e+09
# 使用的 ip 协议的版本号
probe_ip_protocol 4
# 是否探测成功
probe_success 1

4、自定义 HTTP 请求
http 服务通常会以不同的形式对外展现，有些可能就是一些简单的网页，而有些则可能是一些基于 REST 的 API 服务。对于不同类型的 http 的探测需要管理员能够对 http 探针的行为进行更多的自定义设置，包括：http 请求方法、http 头信息、请求参数等。对于某些启用了安全认证的服务还需要能够对 http 探测设置相应的 auth 支持。对于 https 类型的服务还需要能够对证书进行自定义设置。如下所示，这里通过 method 定义了探测时使用的请求方法，对于一些需要请求参数的服务，还可以通过 headers 定义相关的请求头信息，使用 body 定义请求内容：

http_post_2xx:
prober: http
timeout: 5s
http:
method: POST
headers:
Content-Type: application/json
body: \'{}\'

如果 http 服务启用了安全认证，blackbox_exporter 内置了对 basic_auth 的支持，可以直接设置相关的认证信息即可：

http_basic_auth_example:
prober: http
timeout: 5s
http:
method: POST
headers:
Host: "login.example.com"
basic_auth:
username: "username"
password: "mysecret"

对于使用了Bear Token 的服务也可以通过 bearer_token 配置项直接指定令牌字符串，或者通过 bearer_token_file 指定令牌文件。对于一些启用了 https 的服务，但是需要自定义证书的服务，可以通过 tls_config 指定相关的证书信息：

http_custom_ca_example:
prober: http
http:
method: GET
tls_config:
ca_file: "/certs/my_cert.crt"

5、自定义探针行为
在默认情况下 http 探针只会对 http 返回状态码进行校验，如果状态码为 2XX（200 < = StatusCode < 300）则表示探测成功，并且探针返回的指标 probe_success 值为1。如果用户需要指定 http 返回状态码，或者对 http 版本有特殊要求，如下所示，可以使用 valid_http_versions 和valid_status_codes 进行定义：

http_2xx_example:
prober: http
timeout: 5s
http:
valid_http_versions: ["HTTP/1.1", "HTTP/2"]
valid_status_codes: []

默认情况下，Blockbox 返回的样本数据中也会包含指标 probe_http_ssl，用于表明当前探针是否使用了 ssl：

# HELP probe_http_ssl Indicates if SSL was used for the final redirect
# TYPE probe_http_ssl gauge
probe_http_ssl 0

而如果用户对于 http 服务是否启用 ssl 有强制的标准。则可以使用 fail_if_ssl 和 fail_if_not_ssl 进行配置。fail_if_ssl 为 true 时，表示如果站点启用了 ssl 则探针失败，反之成功。fail_if_not_ssl 刚好相反。

http_2xx_example:
prober: http
timeout: 5s
http:
valid_status_codes: []
method: GET
no_follow_redirects: false
fail_if_ssl: false
fail_if_not_ssl: false

除了基于 http 状态码，http 协议版本以及是否启用 ssl 作为控制探针探测行为成功与否的标准以外，还可以匹配 http 服务的响应内容。使用 fail_if_matches_regexp 和 fail_if_not_matches_regexp 用户可以定义一组正则表达式，用于验证 http 返回内容是否符合或者不符合正则表达式的内容。

http_2xx_example:
prober: http
timeout: 5s
http:
method: GET
fail_if_matches_regexp:
- "Could not connect to database"
fail_if_not_matches_regexp:
- "Download the latest version here"

最后需要提醒的时，默认情况下http 探针会走 ipv6 的协议。在大多数情况下，可以使用 preferred_ip_protocol=ip4 强制通过ipv4 的方式进行探测。在 Bloackbox 响应的监控样本中，也会通过指标 probe_ip_protocol，表明当前的协议使用情况：

# HELP probe_ip_protocol Specifies whether probe ip protocol is IP4 or IP6
# TYPE probe_ip_protocol gauge
probe_ip_protocol 6

六、集成 Grafana在 grafana 导入 blackbox_exporter 9965 号模板：https://grafana.com/grafana/dashboards/9965
注意：此模板需要安装饼状图插件，下载地址：https://grafana.com/grafana/plugins/grafana-piechart-panel
安装插件，重启grafana生效。