监控域名和 URL 是可观察性的一个重要方面，主要用于诊断可用性问题。接下来会详细介绍如何使用 Blackbox Exporter 和 Prometheus 在 Kubernetes 中实现 URL 监控。
Blackbox Exporter 是 Prometheus 的一个可选组件，像其他 Exporter 一样， 主要用于将监控数据转换为 Prometheus 可理解的指标格式，即 Prometheus exposition format。
Endpoint 监控是指监控内部和外部 Endpoint（HTTP/S、DNS、TCP、ICMP 和 grpc）的各种参数，包括 HTTP 响应时间、DNS 查询延迟、SSL 证书过期信息、TLS 版本等等。
在 Kubernetes 中，不仅仅是外部 Endpoint 需要被监控，内部 Endpoint 也需要被监控响应时间和其他参数。这些指标是基础设施的一个重要部分，以确保服务的连续性、可用性和符合一些安全认证。
白盒监控是指对系统内部的监控，包括应用 logging、handlers、tracing 和 metrics。与之相对，黑盒监控主要从外部发起探测，探测影响用户的行为，如服务器停机、页面不工作或网站性能下降。
Blackbox Exporter 用于探测 HTTPS、HTTP、TCP、DNS、ICMP 和 grpc 等 Endpoint。在你定义 Endpoint 后，Blackbox Exporter 会生成指标，可以使用 Grafana 等工具进行可视化。Blackbox Exporter 最重要的功能之一是测量 Endpoint 的可用性。
下图显示了 Blackbox Exporter 监控一个 Endpoint 的流程：
Blackbox Exporter 的安装很简单，可以通过 Helm Chart 安装：
# 添加 repo
helm repo add prometheus-community https://prometheus-community.github.io/helm-charts
helm repo update
# Install chart
helm install [RELEASE_NAME] prometheus-community/prometheus-blackbox-exporter
🎉
下面是 Blackbox Exporter 配置中定义的一个默认模块：
blackbox.yaml:
modules:
http_2xx:
prober: http
timeout: 15s
http:
fail_if_not_ssl: true
ip_protocol_fallback: false
method: GET
follow_redirects: true
preferred_ip_protocol: ip4
valid_http_versions:
- HTTP/1.1
- HTTP/2.0
valid_status_codes:
- 200
- 204
你可以相应地配置你自己的blackbox.yml，使探针 (probe) 根据你的配置返回成功/失败。以上面配置为例，详细说明下 module 和 http probe 的配置：
prober: 探测的协议（可以是：http, tcp, dns, icmp, grpc）。timeout: 探测超时时间。http: http probe接下来是 http probe 的配置：
valid_status_codes: <int>, ... | default = 2xx: 该 Probe 可接受的状态码。默认为 2xx。建议使用默认值。valid_http_versions: 该 Probe 接受的 http 版本。可选值：HTTP/1.1 HTTP/2.0method: <string> | default = "GET": probe 使用的 http methodheaders: probe 使用的 header, 比如可以加一些 user-agent 之类的 header 避免被 WAF 拦截body_size_limit: <size> | default = 0 将被处理的最大未压缩的主体长度（字节）。值为 0 意味着没有限制。compression: 用于解压响应的压缩算法（gzip、br、deflate、ident）。follow_redirects: <boolean> | default = true: 是否 follow 重定向fail_if_ssl: 如果存在 SSL，则探测失败fail_if_not_ssl: 如果不存在 SSL, 则探测失败fail_if_body_matches_regexp: 如果返回的 body 匹配该正则则失败fail_if_body_not_matches_regexp: 如果返回的 body 不匹配该正则则失败fail_if_header_matches: 如果返回的 header 匹配该正则，则失败。对于有多个值的 header，如果至少有一个符合，则失败。fail_if_header_not_matches: 如果返回的 header 不匹配该正则，则失败。tls_config: HTTP probe 的 TLS 协议配置，常用于私人证书。basic_auth: 目标的 HTTP basic auth 凭证。bearer_token: <secret>: 模板的 bearer token.proxy_url 用于连接到目标的 proxy server 的配置skip_resolve_phase_with_proxy 当设置了 HTTP 代理（proxy_url）时，跳过 DNS 解析和 URL 变更。oauth2 用于连接到模板的 OAuth 2.0 配置enable_http2 是否启用 http2preferred_ip_protocol HTTP probe 的 IP 协议 (ip4, ip6)ip_protocol_fallbackbody probe 中使用的 HTTP 请求的主体。你可以查看这个 example.yml 中的详细例子，了解更多情况。另外还需要在 Prometheus 做一些配置上的改变，Blackbox Exporter 才会发送与应用的配置相关的指标。
需要在 Prometheus 里配置 scrape 的配置，以及 Blackbox 相关的 Alert Rules.
示例如下：
scrape_configs:
- job_name: blackbox-exporter
params:
module:
- http_2xx
scrape_interval: 1m
scrape_timeout: 10s
metrics_path: /probe
scheme: http
relabel_configs:
- source_labels: [__address__]
target_label: __param_target
- source_labels: [__param_target]
target_label: instance
- target_label: __address__
replacement: prometheus-blackbox-exporter.monitoring:9115
action: replace
static_configs:
- targets:
- https://ewhisper.cn
- https://www.ewhisper.cn
- https://rancher.ewhisper.cn
labels:
domain: ewhisper
environment: test
cluster: home-k3s
这样直接改 Prometheus 的配置是比较容易出错的，如果你已经安装了 Prometheus Operator, 则可以直接通过 probe CRD 来配置，非常方便：
apiVersion: monitoring.coreos.com/v1
kind: Probe
metadata:
name: ewhisper
namespace: monitoring
spec:
jobName: http-get
interval: 60s
module: http_2xx
prober:
url: prometheus-blackbox-exporter.monitoring:9115
scheme: http
path: /probe
targets:
staticConfig:
static:
- targets:
- https://ewhisper.cn
- https://www.ewhisper.cn
- https://rancher.ewhisper.cn
labels:
domain: ewhisper
environment: test
cluster: home-k3s
单论 URL, 总结起来，Blackbox Exporter 有以下探测场景：
配置 上面 已经提过，这里就不在赘述。
在 Kubernetes 系统中，资源和 Endpoint 会随着时间的推移而出现和消失，可以非常有用的探测是对资源的动态探测，包括 pods、service 和 ingress。
在 Prometheus 中使用 Kubernetes 服务发现配置，我们可以实现 Endpoint 的动态探测。Kubernetes 服务发现配置允许从 Kubernetes 的 API 中获取刮削目标，并始终与集群状态保持同步。你可以在文档的 kubernetes_sd_config 部分找到可以配置为发现目标的可用角色列表。
kubernetes_sd_configs:
- role: service
metrics_path: /probe
params:
module:
- http_2xx
relabel_configs:
- action: keep
regex: true
source_labels:
- __meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_probe
- source_labels:
- __address__
target_label: __param_target
- replacement: prometheus-blackbox-exporter.monitoring:9115
target_label: __address__
- source_labels:
- __param_target
target_label: instance
- action: labelmap
regex: __meta_kubernetes_service_label_(.+)
- source_labels:
- __meta_kubernetes_namespace
target_label: kubernetes_namespace
- source_labels:
- __meta_kubernetes_service_name
target_label: kubernetes_name
这里我们可以使用[__meta_kubernetes_service_annotation_prometheus_io_probe]来只检查那些有prometheus.io/probe = true注释的服务，示例如下：
➜ kubectl describe svc nginx
...
Annotations: prometheus.io/probe: true
...
- job_name: "blackbox-kubernetes-ingresses"
metrics_path: /probe
params:
module: [http_2xx]
kubernetes_sd_configs:
- role: ingress
relabel_configs:
# 示例重新标记，只探测有 "prometheus.io/probe = true"注释的一些接入点。
# - source_labels: [__meta_kubernetes_ingess_annotation_prometheus_io_probe]
# action: keep
# regex: true
- source_labels:
[
__meta_kubernetes_ingress_scheme,
__address__,
__meta_kubernetes_ingress_path,
]
regex: (.+);(.+);(.+)
replacement: ${1}://${2}${3}
target_label: __param_target
- target_label: __address__
replacement: prometheus-blackbox-exporter.monitoring:9115
- source_labels: [__param_target]
target_label: instance
- action: labelmap
regex: __meta_kubernetes_ingress_label_(.+)
- source_labels: [__meta_kubernetes_namespace]
target_label: kubernetes_namespace
- source_labels: [__meta_kubernetes_ingress_name]
target_label: ingress_name
- job_name: "blackbox-kubernetes-pods"
metrics_path: /probe
params:
module: [http_2xx]
kubernetes_sd_configs:
- role: pod
relabel_configs:
# 示例重新标记，只探测有
# "prometheus.io/probe = true"注释的 pod。
# - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_probe]
# action: keep
# regex: true
- source_labels: [__address__]
target_label: __param_target
- target_label: __address__
replacement: prometheus-blackbox-exporter.monitoring:9115
- source_labels: [__param_target]
replacement: ${1}/health
target_label: instance
- action: labelmap
regex: __meta_kubernetes_pod_label_(.+)
- source_labels: [__meta_kubernetes_namespace]
target_label: kubernetes_namespace
- source_labels: [__meta_kubernetes_pod_name]
target_label: kubernetes_pod_name
一旦更改被 apply，Blackbox Exporter 的资源被部署，我们可以在 Prometheus 中验证目标的状态。我们可以通过跳转到状态选项卡，然后在 Prometheus UI 中选择 targets，来检查 Blackbox Exporter 是否与注册的目标一起启动。
在这里你可以看到我们使用https://rancher.ewhisper.cn作为外部目标来参考，其状态是 404。我们还可以通过寻找以probe_开头的指标来检查指标是否被收集。
在这里你可以看到一些生成的probe_ 的指标列表。
| 指标名 | 功能 |
|---|---|
probe_duration_seconds |
返回探针完成的时间（秒）。 |
probe_http_status_code |
响应 HTTP 状态代码 |
probe_http_version |
返回探针响应的 HTTP 版本 |
probe_success |
显示探测是否成功 |
probe_dns_lookup_time_seconds |
返回探测 DNS 的时间，单位是秒。 |
probe_ip_protocol |
指定探针 IP 协议是 IP4 还是 IP6 |
probe_ssl_earliest_cert_expiry metric |
返回以 unixtime 为单位的最早的 SSL 证书到期时间 |
probe_tls_version_info |
包含所使用的 TLS 版本 |
probe_failed_due_to_regex |
表示探测是否因 regex 匹配而失败 |
probe_http_content_length |
HTTP 内容响应的长度 |
可以直接复用 Grafana 上的一些 Dashboard, 查看 URL 的指标：
点这里👉Blackbox Grafana 搜索和下载对应的 Grafana Dashboard.
为什么需要 Blackbox Exporter?
以我所熟悉的保险行业为例，大中型保险公司，都是采用类似：
这样的组织形式。分支机构往往是通过专线和总部连接，并使用总部提供的各类保险业务系统。
虽然国内外有各种工具和服务可用于监控域名和 URL, 如 听云、Dynatrace 等。但是
在这种情况下，Blackbox Exporter 是现有解决方案的一个开源替代品，由 Prometheus 社区维护。
而且，Prometheus + Blackbox Exporter + Kubernetes 动态发现，可以大大减少人工配置大量 URL 探测的工作。
另外，针对上面提到的情况， 也可以使用 Prometheus + Blackbox Exporter + 轻量级 K8s 解决方案如 K3s， 将 probe 节点部署到各个分支机构，实现和分支机构员工完全相同的访问路径。分支-总部各系统网络可用性一目了然，及时发现分支-总部各系统网络问题。
通过本文，我们讨论了：
希望对各位读者有所帮助。
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