从 0 到 1 搭建一套 Flink 的监控系统

vlambda
2020-06-22

从 0 到 1 搭建一套 Flink 的监控系统

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之前讲解了，以及需要关注的监控指标有哪些。本文带大家讲解一下如何搭建一套完整的 Flink 监控系统，如果你所在的公司没有专门的监控平台，那么可以根据本文的内容来为公司搭建一套属于自己公司的 Flink 监控系统。

利用 API 获取监控数据

熟悉 Flink 的朋友都知道 Flink 的 UI 上面已经详细地展示了很多监控指标的数据，并且这些指标还是比较重要的，所以如果不想搭建额外的监控系统，那么直接利用 Flink 自身的 UI 就可以获取到很多重要的监控信息。这里要讲的是这些监控信息其实也是通过 Flink 自身的 Rest API 来获取数据的，所以其实要搭建一个粗糙的监控平台，也是可以直接利用现有的接口定时去获取数据，然后将这些指标的数据存储在某种时序数据库中，最后用些可视化图表做个展示，这样一个完整的监控系统就做出来了。

这里通过 Chrome 浏览器的控制台来查看一下有哪些 REST API 是用来提供监控数据的。

1.在 Chrome 浏览器中打开 http://localhost:8081/overview 页面，可以获取到整个 Flink 集群的资源信息：TaskManager 个数（TaskManagers）、Slot 总个数（Total Task Slots）、可用 Slot 个数（Available Task Slots）、Job 运行个数（Running Jobs）、Job 运行状态（Finished 0 Canceled 0 Failed 0）等，如下图所示。

2.通过 http://localhost:8081/taskmanagers 页面查看 TaskManager 列表，可以知道该集群下所有 TaskManager 的信息（数据端口号（Data Port）、上一次心跳时间（Last Heartbeat）、总共的 Slot 个数（All Slots）、空闲的 Slot 个数（Free Slots）、以及 CPU 和内存的分配使用情况，如下图所示。

3.通过 http://localhost:8081/taskmanagers/tm_id 页面查看 TaskManager 的具体情况（这里的 tm_id 是个随机的 UUID 值）。在这个页面上，除了上一条的监控信息可以查看，还可以查看该 TaskManager 的 JVM（堆和非堆）、Direct 内存、网络、GC 次数和时间，如下图所示。内存和 GC 这些信息非常重要，很多时候 TaskManager 频繁重启的原因就是 JVM 内存设置得不合理，导致频繁的 GC，最后使得 OOM 崩溃，不得不重启。

另外如果你在 /taskmanagers/tm_id 接口后面加个 /log 就可以查看该 TaskManager 的日志，注意，在 Flink 中的日志和平常自己写的应用中的日志是不一样的。在 Flink 中，日志是以 TaskManager 为概念打印出来的，而不是以单个 Job 打印出来的，如果你的 Job 在多个 TaskManager 上运行，那么日志就会在多个 TaskManager 中打印出来。如果一个 TaskManager 中运行了多个 Job，那么它里面的日志就会很混乱，查看日志时会发现它为什么既有这个 Job 打出来的日志，又有那个 Job 打出来的日志，如果你之前有这个疑问，那么相信你看完这里，就不会有疑问了。

对于这种设计是否真的好，不同的人有不同的看法，在 Flink 的 Issue 中就有人提出了该问题，Issue 中的描述是希望日志可以是 Job 与 Job 之间的隔离，这样日志更方便采集和查看，对于排查问题也会更快。对此国内有公司也对这一部分做了改进，不知道正在看文的你是否有什么好的想法可以解决 Flink 的这一痛点。

4.通过 http://localhost:8081/#/job-manager/config 页面可以看到可 JobManager 的配置信息，另外通过 http://localhost:8081/jobmanager/log 页面可以查看 JobManager 的日志详情。

5.通过 http://localhost:8081/jobs/job_id 页面可以查看 Job 的监控数据，如下图所示，由于指标（包括了 Job 的 Task 数据、Operator 数据、Exception 数据、Checkpoint 数据等）过多，大家可以自己在本地测试查看。

上面列举了几个 REST API（不是全部），主要是为了告诉大家，其实这些接口我们都知道，那么我们也可以利用这些接口去获取对应的监控数据，然后绘制出更酷炫的图表，用更直观的页面将这些数据展示出来，这样就能更好地控制。

除了利用 Flink UI 提供的接口去定时获取到监控数据，其实 Flink 还提供了很多的 reporter 去上报监控数据，比如 JMXReporter、PrometheusReporter、PrometheusPushGatewayReporter、InfluxDBReporter、StatsDReporter 等，这样就可以根据需求去定制获取到 Flink 的监控数据，下面教大家使用几个常用的 reporter。

相关 Rest API 可以查看官网链接：rest-api-integration

Metrics 类型简介

可以在继承自 RichFunction 的函数中通过 getRuntimeContext().getMetricGroup() 获取 Metric 信息，常见的 Metrics 的类型有 Counter、Gauge、Histogram、Meter。

Counter

Counter 用于计数，当前值可以使用 inc()/inc(long n) 递增和 dec()/dec(long n) 递减，在实现 RichFunction 中的函数的 open 方法注册 Counter。

private transient Counter counter;

@Override
public void open(Configuration config) {
this.counter = getRuntimeContext()
  .getMetricGroup()
  .counter("zhisheng_counter");
}

//或者自定义 Counter
@Override
public void open(Configuration config) {
this.counter = getRuntimeContext()
  .getMetricGroup()
  .counter("zhisheng_counter", new CustomCounter());
}

@Override
public String map(String value) throws Exception {
this.counter.inc();
return value;
}

Gauge

Gauge 根据需要提供任何类型的值，要使用 Gauge 的话，需要实现 Gauge 接口，返回值没有规定类型。

private transient int valueToExpose = 0;

@Override
public void open(Configuration config) {
getRuntimeContext()
  .getMetricGroup()
  .gauge("zhisheng_gauge", new Gauge<Integer>() {
    @Override
    public Integer getValue() {
      return valueToExpose;
    }
  });
}

@Override
public String map(String value) throws Exception {
valueToExpose++;
return value;
}

Histogram

Histogram 统计数据的分布情况，比如最小值，最大值，中间值，还有分位数等。使用情况如下：

private transient Histogram histogram;

@Override
public void open(Configuration config) {
    this.histogram = getRuntimeContext()
  .getMetricGroup()
  .histogram("zhisheng_histogram", new MyHistogram());
}

@Override
public Long map(Long value) throws Exception {
    this.histogram.update(value);
return value;
}

Meter

Meter 代表平均吞吐量，使用情况如下：

private transient Meter meter;

@Override
public void open(Configuration config) {
this.meter = getRuntimeContext()
  .getMetricGroup()
  .meter("myMeter", new MyMeter());
}

@Override
public Long map(Long value) throws Exception {
this.meter.markEvent();
return value;
}

利用 JMXReporter 获取监控数据

JMX 对于大家来说应该不太陌生，在 Flink 中默认提供了 JMXReporter 获取到监控数据，不需要额外添加依赖项，但是需要在 flink-conf.yaml 配置文件中加入如下配置即可开启 JMX：

metrics.reporter.jmx.factory.class: org.apache.flink.metrics.jmx.JMXReporterFactory
metrics.reporter.jmx.port: 8789

然后利用 JDK 自带的 jconsole 可以查看 MBean 信息，首先需要启动 jconsole，操作如下图所示。

然后要配置与进程进行建立连接，如下图所示。

连接成功的话，你可以看到左侧是有很多的监控指标，如果点进去是可以查看到每个指标对应的 value 值，如下图所示。

但是你有没有发现这些指标只有 JobManager 的监控指标，没有 TaskManager 的监控指标，如果你在同一台服务器上面既运行了 JobManager，又运行了 TaskManager，那么只开启一个端口号那么是只能够监听到一个的数据，如果你要监听多个数据，那么就需要在端口设置里填写一个范围（这里需要特别注意一下），具体配置如下：

# jmx reporter
metrics.reporter.jmx.factory.class: org.apache.flink.metrics.jmx.JMXReporterFactory
metrics.reporter.jmx.port: 8789-8799

这样就表示监听了多个端口（从 8789 ～ 8799），那么再通过 jconsole 连接 8790 端口就会出现 TaskManager 的监控指标数据了，如下图所示。

查看日志也可以看到开启 JMX 成功的日志，如下所示。

2019-10-07 10:52:51,839 INFO  org.apache.flink.metrics.jmx.JMXReporter                      - Started JMX server on port 8789.
2019-10-07 10:52:51,839 INFO  org.apache.flink.metrics.jmx.JMXReporter                      - Configured JMXReporter with {port:8789-8799}
2019-10-07 10:52:51,840 INFO  org.apache.flink.runtime.metrics.ReporterSetup                - Configuring jmx with {factory.class=org.apache.flink.metrics.jmx.JMXReporterFactory, port=8789-8799}.
2019-10-07 10:52:51,841 INFO  org.apache.flink.runtime.metrics.MetricRegistryImpl           - Reporting metrics for reporter jmx of type org.apache.flink.metrics.jmx.JMXReporter.

利用 PrometheusReporter 获取监控数据

要使用该 reporter 的话，需要将 opt 目录下的 flink-metrics-prometheus-1.9.0.jar 依赖放到 lib 目录下，可以配置的参数有：

port：该参数为可选项，Prometheus 监听的端口，默认是 9249，和上面使用 JMXReporter 一样，如果是在一台服务器上既运行了 JobManager，又运行了 TaskManager，则使用端口范围，比如 9249-9259。
filterLabelValueCharacters：该参数为可选项，表示指定是否过滤标签值字符，如果开启，则删除所有不匹配 [a-zA-Z0-9:_] 的字符，否则不会删除任何字符。

除了上面两个可选参数，另外一个参数是必须要在 flink-conf.yaml 中配置的，那就是 metrics reporter class。比如像下面这样配置：

metrics.reporter.prom.class: org.apache.flink.metrics.prometheus.PrometheusReporter

Flink 中的 metrics 类型和 Prometheus 中 metrics 类型对比如下图所示。

利用 PrometheusPushGatewayReporter 获取监控数据

PushGateway 是 Prometheus 生态中一个重要工具，使用它的原因主要是：

Prometheus 采用 pull 模式，可能由于 Prometheus 和其他 target 对象不在一个子网或者防火墙原因，导致 Prometheus 无法直接拉取各个 target 数据。
在监控业务数据的时候，需要将不同数据汇总, 由 Prometheus 统一收集。

那么使用 PrometheusPushGatewayReporter 的话，该 reporter 会定时将 metrics 数据推送到 PushGateway，然后再由 Prometheus 去拉取这些 metrics 数据。如果使用 PrometheusPushGatewayReporter 收集数据的话，也是需要将 opt 目录下的 flink-metrics-prometheus-1.9.0.jar 依赖放到 lib 目录下的，可配置的参数有：

deleteOnShutdown：默认值是 true，表示是否在关闭时从 PushGateway 删除指标。
filterLabelValueCharacters：默认值是 true，表示是否过滤标签值字符，如果开启，则不符合 [a-zA-Z0-9:_] 的字符都将被删除。
host：无默认值，配置 PushGateway 服务所在的机器 IP。
jobName：无默认值，要上报 Metrics 的 Job 名称。
port：默认值是 -1，这里配置 PushGateway 服务的端口。
randomJobNameSuffix：默认值是 true，指定是否将随机后缀名附加到作业名。

在 flink-conf.yaml 中配置的样例如下：

metrics.reporter.promgateway.class: org.apache.flink.metrics.prometheus.PrometheusPushGatewayReporter
metrics.reporter.promgateway.host: localhost
metrics.reporter.promgateway.port: 9091
metrics.reporter.promgateway.jobName: zhisheng
metrics.reporter.promgateway.randomJobNameSuffix: true
metrics.reporter.promgateway.deleteOnShutdown: false

利用 InfluxDBReporter 获取监控数据

Flink 里面提供了 InfluxDBReporter 支持将 Flink 的 metrics 数据直接存储到 InfluxDB 中，在源码中该模块是通过 MetricMapper 类将 MeasurementInfo（这个类是 metric 的数据结构，里面含有两个字段 name 和 tags）和 Gauge、Counter、Histogram、Meter 组装成 InfluxDB 中的 Point 数据，Point 结构如下（主要就是构造 metric name、fields、tags 和 timestamp）：

private String measurement;
private Map<String, String> tags;
private Long time;
private TimeUnit precision;
private Map<String, Object> fields;

然后在 InfluxdbReporter 类中将 metric 数据导入 InfluxDB，该类继承自 AbstractReporter 抽象类，实现了 Scheduled 接口，有下面 3 个属性：

private String database;
private String retentionPolicy;
private InfluxDB influxDB;

在 open 方法中获取配置文件中的 InfluxDB 设置，然后初始化 InfluxDB 相关的配置，构造 InfluxDB 客户端：

public void open(MetricConfig config) {
    //获取到 host 和 port
 String host = getString(config, HOST);
 int port = getInteger(config, PORT);
 //判断 host 和 port 是否合法
 if (!isValidHost(host) || !isValidPort(port)) {
  throw new IllegalArgumentException("Invalid host/port configuration. Host: " + host + " Port: " + port);
 }
 //获取到 InfluxDB database
 String database = getString(config, DB);
 if (database == null) {
  throw new IllegalArgumentException("'" + DB.key() + "' configuration option is not set");
 }
 String url = String.format("http://%s:%d", host, port);
 //获取到 InfluxDB username 和 password
 String username = getString(config, USERNAME);
 String password = getString(config, PASSWORD);

 this.database = database;
 //InfluxDB 保留政策
 this.retentionPolicy = getString(config, RETENTION_POLICY);
 if (username != null && password != null) {
     //如果有用户名和密码，根据 url 和 用户名密码来创建连接
  influxDB = InfluxDBFactory.connect(url, username, password);
 } else {
     //否则就根据 url 连接
  influxDB = InfluxDBFactory.connect(url);
 }

 log.info("Configured InfluxDBReporter with {host:{}, port:{}, db:{}, and retentionPolicy:{}}", host, port, database, retentionPolicy);
}

然后在 report 方法中调用一个内部 buildReport 方法来构造 BatchPoints，将一批 Point 放在该对象中，BatchPoints 对象的属性如下：

private String database;
private String retentionPolicy;
private Map<String, String> tags;
private List<Point> points;
private ConsistencyLevel consistency;
private TimeUnit precision;

通过 buildReport 方法返回的 BatchPoints 如果不为空，则会通过 write 方法将 BatchPoints 写入 InfluxDB：

if (report != null) {
 influxDB.write(report);
}

在使用 InfluxDBReporter 时需要注意：

1.必须复制 Flink 安装目录下的 /opt/flink-metrics-influxdb-1.9.0.jar 到 flink 的 lib 目录下，否则运行起来会报 ClassNotFoundException 错误，详细错误如下图所示：

2.如下所示，在 flink-conf.yaml 中添加 InfluxDB 相关的配置。

metrics.reporter.influxdb.class：org.apache.flink.metrics.influxdb.InfluxdbReporter
metrics.reporter.influxdb.host：localhost  # InfluxDB服务器主机
metrics.reporter.influxdb.port: 8086   # 可选）InfluxDB 服务器端口，默认为 8086
metrics.reporter.influxdb.db：zhisheng # 用于存储指标的 InfluxDB 数据库  
metrics.reporter.influxdb.username：zhisheng # （可选）用于身份验证的 InfluxDB 用户名
metrics.reporter.influxdb.password：123456 # （可选）InfluxDB 用户名用于身份验证的密码
metrics.reporter.influxdb.retentionPolicy: one_hour #（可选）InfluxDB 数据保留策略，默认为服务器上数据库定义的保留策略

如果填错了密码会报鉴权失败的错误，错误信息如下图所示。

安装 InfluxDB 和 Grafana

接下来将讲解 InfluxDB 和 Grafana 的安装和配置。

安装 InfluxDB

InfluxDB 是一款时序数据库，使用它作为监控数据存储的公司也有很多，可以根据 InfluxDB 官网：https://docs.influxdata.com/influxdb/v1.7/introduction/installation/ 的安装步骤来操作。

1、配置 InfluxDB 下载源。

cat <<EOF | sudo tee /etc/yum.repos.d/influxdb.repo
[influxdb]
name = InfluxDB Repository - RHEL \$releasever
baseurl = https://repos.influxdata.com/rhel/\$releasever/\$basearch/stable
enabled = 1
gpgcheck = 1
gpgkey = https://repos.influxdata.com/influxdb.key
EOF

2、根据 yum 安装命令操作。

yum install influxdb

3、启停 InfluxDB。

//启动 influxdb 命令
systemctl start influxdb
//重启 influxdb 命令
systemctl restart influxd
//停止 influxdb 命令
systemctl stop influxd
//设置开机自启动
systemctl enable influxdb

4、InfluxDB 相关的命令操作。

启动好 InfluxDB 后执行 influx 命令，然后使用下面命令来创建用户：

CREATE USER zhisheng WITH PASSWORD '123456' WITH ALL PRIVILEGES

然后执行 show users; 命令查看创建的用户，操作运行的结果如下图所示。

对 InfluxDB 开启身份验证，编辑 InfluxDB 配置文件 /etc/influxdb/influxdb.conf ，将 auth-enabled 设置为 true。然后重启 InfluxDB，再次使用 influx 命令进入的话，这时候查看用户或者数据的话，就会报异常（需要使用用户名和密码认证登录），异常完整信息如下图所示。

这时需要使用下面命令的命令才能够登录：

influx -username  zhisheng -password 123456

重新登录就能查询到用户和数据了，查询到的结果如下图所示。

然后创建一个叫 zhisheng 的数据库，后面会将 Flink 中的监控数据全部存储到该数据库下，创建后可以查询到该数据库，效果如下图所示。

安装 Grafana

Grafana 是一款优秀的图表可视化组件，它拥有超多酷炫的图表，并支持自定义配置，用它来做监控的 Dashboard 简直特别完美。

1、下载

wget https://dl.grafana.com/oss/release/grafana-6.3.6-1.x86_64.rpm

2、安装

yum localinstall grafana-6.3.6-1.x86_64.rpm

安装完成后的效果如下图所示：

3、启停 Grafana

//启动 Grafana
systemctl start grafana-server
//停止 Grafana
systemctl stop grafana-server
//重启 Grafana
systemctl restart grafana-server
//设置开机自启动
systemctl enable grafana-server

然后访问 http://54tianzhisheng.cn:3000 就可以登录了。第一次登录的默认账号密码是 admin／admin，会提示修改密码。

配置 Grafana 展示监控数据

配置好数据源之后，接下来就是要根据数据源来添加数据图表，因为构造数据图表首先得知道有哪些指标，所以这里先看下分别有哪些指标，这里分 JobManager、TaskManager 和 Job 三大类。具体有哪些指标其实是可以根据 InfluxDB 里面的 measurements 来查看的，我在 GitHub 放了一份完整的 measurements 列表以供大家查阅，在 8.1.4 和 8.2.1 节中也都讲解了比较关心的指标，这里展示下如何在 Grafana 中根据这些指标来配置可视化图表。

1、添加图表

2、配置图表从哪个数据源获取数据、选择哪种指标、选择分组、选择单位、添加多个指标、图表命名

3、配置告警

这样一个完整的监控图表就配置出来了，有些指标可能直接用数字展示就比较友好，另外还有就是要注意单位，大家可以好好琢磨研究一下 Grafana 的自定义可视化图表的配置，配置好了比较重要的监控指标之后，JobManager 和 TaskManager 的效果分别如下两图所示。

好了，一个 Flink 的监控系统已经完全搭建好了，从数据采集、数据存储、数据展示、告警整个链路都支持，可以适应大部分公司的场景了，如果还需要做更多的定制化，比如添加更多的监控指标，那么你可以在你的 Job 里面自定义 metrics 做埋点，然后还是通过 reporter 进行数据上报，最后依旧用 Grafana 配置图表展示。

小结与反思

本节讲了如何利用 API 去获取监控数据，对 Metrics 的类型进行介绍，然后还介绍了怎么利用 Reporter 去将 Metrics 数据进行上报，并通过 InfluxDB + Grafana 搭建了一套 Flink 的监控系统。另外你还可以根据公司的需要使用其他的存储方案来存储监控数据，Grafana 也支持不同的数据源，你们公司的监控系统架构是怎么样的，是否可以直接接入这套监控系统？

 
   
   
 
  
    
    
   
    
     
      
       
        
         
          
           
            
             
              
               
               
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