基于 Prometheus 的云上 MySQL 监控实践
一、背景
MySQL 8.0是当前Oracle公司一直在大力宣传的新版本，从架构到性能均有显著变化，同时，随着kubernetes的普及，为更好的提升资源利用率，可以进行MySQL上云的探索。MySQL上云如何进行运行状态的监控呢?MySQL运行状态监控需要满足：监控数据实时准备，报警机制响应迅速，支持异地集中监控。本文将探索云上MySQL的监控方案。
二、方案对比
方案一：
Zabbix监控系统，基于c+php开发的开源监控系统，支持多种监控采集方式，应用广泛，支持比较成熟，社区活跃，缺点是对容器支持度比较差。
方案二：
Prometheus监控系统，基于go开发的开源监控系统，支持pull和push两种采集模式，有完整的监控、报警、展示、数据异地传输能力，配置简单，对容器支持良好。
由于目前使用的MySQL在云上部署，而且公司现有对PaaS云监控基于Promehteus，因此，方案二是更佳选项，既能满足MySQL监控，又能充分利用现有资源。
三、Prometheus监控系统概述
Prometheus是由SoundeCloud公司基于go语言开发的一款开源的监控报警解决方案，基于时间序列监控数据。
1、组件及架构
组件：
promethues server：主要获取和存储时间序列数据 Exporters(导出器)：主要是作为agent收集数据发送到prometheus server，不同的数据收集由不同的exporters实 pushgateway：允许短暂和批处理的jobs推送它们的数据到prometheus;然后由prometheus拉取数据。 alertmanager：实现prometheus的告警功能。组件间关系如下：
图1 组件架构图
2、Prometheus特点
指标收集：prometheus服务器定义了名为目标(target)的配置，执行抓取所需要的信息。 服务发现：可以通过通过多种方式来处理要监控的资源。包括：静态资源列表、基于文件发现、自动发现。 聚合和报警：在服务器上可以查询和聚合时间序列数据。通过规则记录常用的查询并做聚合。可以设置报警规则，满足报警条件时会触发报警，把报警信息推送的alertmanager。 自治：不依赖分布式存储，单个服务器节点是自主的。 冗余和高可用性：可部署多台prmehteus服务器，实现监控系统的高可用性。 查询语言：prometheus服务器提供了查询语言PromQL，用于对时序数据进行筛选和运算。 可视化：prometheus内置表达式浏览器可提供可视化，可与grafana配合实现监控数据可视化展示。四、MySQL数据库监控
1、监控方案
Prometheus官方提供了mysqld_exporter导出器，可实现对MySQL监控。该导出器通过MySQL用户连接数据库，查询相关数据库表、状态信息，通过http服务的方式暴露监控数据。
方案不足：导出器可实现单节点和主从复制相关监控项，但对于MGR模式相关监控目前还不能很好地支持。
方案改进：prometheus提供了client libraries，可实现对监控指标进行定制化采集。故可用python语言定制脚本的方式采集MGR相关数据。mysqld_exporter与python脚本能够满足全部监控信息的导出。
2、部署方案
关于Paas云上MySQL监控部署，有两种方案：
方案一：
MySQL、mysqld_exporter、my_exporter_python监控脚本三部分同在一个镜像中，运行该容器可实现对MySQL的监控。
方案二：
MySQL、mysqld_exporter、my_exporter_python监控脚本分别属于不同的镜像，MySQL主容器与监控容器按顺序运行。监控容器以sidecar的方式访问MySQL。
方案对比：
MySQL数据库服务对于应用是非常重要的一环，要确保MySQL安全可靠。方案一，如果MySQL异常或出现错误，对问题诊断与排错方面，监控导出器可能会干扰项，不利于后期MySQL运维管理。方案二，由于三部分在不同的容器中运行，不会产生互相干扰的可能性，因此方案二为最佳。
五、监控具体实现
1、创建MySQL监控用户并授权
2、my_exporter_python脚本说明
9000端口提供http提供服务
start_http_server(9000)
设置Gauge对象
连接接MySQL查询数据
设置MGR相关的metrics
3、镜像拉取与定制
mysqld_exporter镜像pull：
docker pull prom/mysqld_exporter
my_exporter_python镜像制作
Dockerfile内容
FROM centos7_python36:v1
RUN pip install prometheus_client pymysql
RUN pip install requests
COPY ./my_exporter_python_v2.py /my_exporter_python_v2.py
WORKDIR /
EXPOSE 9000
CMD ["python","my_exporter_python_v2.py"]
4、镜像部署yaml文件部分内容：
apiVersion: apps/v1 kind: StatefulSet metadata: ...... containers: - env: - name: TZ value: Asia/Shanghai - name: DATA_SOURCE_NAME value: exporter:userpassword@(localhost:3306)/ - name: TARGET value: http://localhost:9104/metrics image: registry.paas.test.abc/library/mysqld-exporter-python:v5 imagePullPolicy: Always name: mysqld-python ports: - containerPort: 9000 name: mysqld-python protocol: TCP resources: limits: cpu: 2 memory: 4Gi terminationMessagePath: /dev/termination-log terminationMessagePolicy: File - env: - name: TZ value: Asia/Shanghai - name: DATA_SOURCE_NAME value: testuser:userpassword@(localhost:3306)/ image: registry.paas.test.abc/library/mysqld-exporter:latest imagePullPolicy: Always name: mysqld-exporter ports: - containerPort: 9104 name: mysqld-exporter protocol: TCP resources: limits: cpu: 2 memory: 4Gi terminationMessagePath: /dev/termination-log terminationMessagePolicy: File ......5、Prometehus server设置target
job_name: kubernetes-pods scrape_interval: 30s scrape_timeout: 10s metrics_path: /metrics scheme: http kubernetes_sd_configs: - api_server: null role: pod namespaces: names: [] relabel_configs: - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_scrape] separator: ; regex: "true" replacement: $1 action: keep - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_path] separator: ; regex: (.+) target_label: __metrics_path__ replacement: $1 action: replace - source_labels: [__address__, __meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_port] separator: ; regex: ([^:]+)(?::\d+)?;(\d+) target_label: __address__ replacement: $1:$2 action: replace - separator: ; regex: __meta_kubernetes_pod_label_(.+) replacement: $1 action: labelmap - source_labels: [__meta_kubernetes_namespace] separator: ; regex: (.*) target_label: kubernetes_namespace replacement: $1 action: replace - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_name] separator: ; regex: (.*) target_label: kubernetes_pod_name replacement: $1 action: replace六、采集指标解释
查询mysql上线时间 mysql> show status like %uptime%; +---------------------------+---------+ | Variable_name | Value | +---------------------------+---------+ | Uptime | 1284686 | | Uptime_since_flush_status | 1284686 | +---------------------------+---------+Uptime即为mysql上线时间，单位为秒，对应输出的监控指标为：Mysql_uptime。可以对监控指标运算得到相应时间单位，例如转为天数，mysql_uptime/60/60/24。
查询mysql服务端口mysql mysql> show variables like port; +---------------+-------+ | Variable_name | Value | +---------------+-------+ | port | 3306 | +---------------+-------+对应输出监控指标为：mysql_global_variables_port
查看mysql服务器是否在线如果mysqld_exporter连接mysql服务器成功，表示服务器在线，否则表示离线状态，对应输出的监指标：mysql_up。数值为1表示在线，数值0表示离线。
查看数据库连接数
mysql> show status like Threads%; +-------------------+-------+ | Variable_name | Value | +-------------------+-------+ | Threads_cached | 2 | | Threads_connected | 1 | | Threads_created | 3 | | Threads_running | 2 | +-------------------+-------+ mysql> show variables like %max_connection%; +------------------------+-------+ | Variable_name | Value | +------------------------+-------+ | max_connections | 151 | | mysqlx_max_connections | 100 | +------------------------+-------+ mysql> show global status like max_used_connections; +----------------------+-------+ | Variable_name | Value | +----------------------+-------+ | Max_used_connections | 3 | +----------------------+-------+Thread_connected：表示打开的链接数，对应输出的监控指标为：mysql_global_status_threads_connected。
Threads_running：表示激活的连接数，并发数，对应输出的监控指标为：mysql_global_status_threads_running。
max_used_connections：表示当前使用过的最大连接数，对应输出的监控指标为：mysql_global_status_max_used_connections。
max_connections：表示并发执行的最大连接数，对应输出的监控指标为：mysql_global_variables_max_connections。
查看慢查询数量mysql> show global status like %Slow_queries%; +---------------+-------+ | Variable_name | Value | +---------------+-------+ | Slow_queries | 0 | +---------------+-------+对应输出监控指标为：mysql_global_status_slow_queries
此指标为当前慢查询的总数，如果想要更精确的显示慢查询额状态，可以使用promQL，将监控指标显示为每秒慢查询的数量，可以如下所示：irate(mysql_global_status_slow_queries[5m])，显示5分钟内，每秒慢查询的数量。
查询QPS mysql> show global status like questions; +---------------+--------+ | Variable_name | Value | +---------------+--------+ | Questions | 407158 | +---------------+--------+Questions：表示为收到的总请求的次数，对应输出的监控指标为：mysql_global_status_questions。如果想要得到没秒请求的数量，可以如下方法所示：
irate(mysql_global_status_questions[5m])，显示5分钟内每秒请求的数量，即QPS。
查询innodb_buffer_pool命中率mysql> show global status like innodb_buffer_pool_read%; +---------------------------------------+-------+ | Variable_name | Value | +---------------------------------------+-------+ | Innodb_buffer_pool_read_ahead_rnd | 0 | | Innodb_buffer_pool_read_ahead | 0 | | Innodb_buffer_pool_read_ahead_evicted | 0 | | Innodb_buffer_pool_read_requests | 19268 | | Innodb_buffer_pool_reads | 887 | +---------------------------------------+-------+Innodb_buffer_pool_reads：表示直接从磁盘读的次数，对应输出的监控指标为：
mysql_global_status_innodb_buffer_pool_reads。
Innodb_buffer_pool_read_requests：表示逻辑读的次数，
对应输出的监控指标为：
mysql_global_status_innodb_buffer_pool_read_requests。
计算逻辑读的命中率，公式为：100 - 100 * (mysql_global_status_innodb_buffer_pool_reads/
mysql_global_status_innodb_buffer_pool_read_requests)。
计算逻辑读的命中率，公式为：100 - 100 * (mysql_global_status_innodb_buffer_pool_reads/
mysql_global_status_innodb_buffer_pool_read_requests)。
查询打开表的数量mysql> show global status like open_tables; +---------------+-------+ | Variable_name | Value | +---------------+-------+ | Open_tables | 371 | +---------------+-------+对应输出的监控指标为：mysql_global_status_open_tables
查询表缓存命中率mysql> show global status like threads_created; +-----------------+-------+ | Variable_name | Value | +-----------------+-------+ | Threads_created | 3 | +-----------------+-------+ mysql> show global status like connections; +---------------+-------+ | Variable_name | Value | +---------------+-------+ | Connections | 33479 | +---------------+-------+Threads_created：表示创建过的线程数，对应输出的监控指标为：mysql_global_status_threads_created。
Connections：表示试图链接mysql服务器的次数，对应输出的监控指标为：mysql_global_status_connections。
表缓存命中率为：(1-mysql_global_status_threads_created/mysql_global_status_connections)*100 。
查询锁状态mysql> show global status like table_locks%; +-----------------------+--------+ | Variable_name | Value | +-----------------------+--------+ | Table_locks_immediate | 156335 | | Table_locks_waited | 0 | +-----------------------+--------+Table_locks_immediate：表示行锁总数量，对应输出监控指标为：mysql_global_status_table_locks_immediate，可以计算每秒行锁数量，如：
irate(mysql_global_status_table_locks_immediate[5m])。
Table_locks_waited 表示为表锁数量，对应输出监控指标为：mysql_global_status_table_locks_waited。
查询临时表状态mysql> show global status like %tmp%; +-------------------------+--------+ | Variable_name | Value | +-------------------------+--------+ | Created_tmp_disk_tables | 0 | | Created_tmp_files | 6 | | Created_tmp_tables | 111563 | +-------------------------+--------+Created_tmp_disk_tables：表示为创建磁盘临时表数量，对应输出监控指标为：mysql_global_status_created_tmp_disk_tables。
Created_tmp_tables：表示服务器内部创建临时表的数量，对应输出指标为：mysql_global_status_created_tmp_tables。
临时表比例计算为：
mysql_global_status_created_tmp_disk_tables/mysql_global_status_created_tmp_tables。
python脚本实现监控指标及sql语句
mysql组复制相关信息记录在performance_schema库中的replicaion_conection_status、replication_group_member_stats、replication_group_members表中，通过关联查询能够得到组复制相关的监控项
查询当前mysql待应用的事务数SELECT @@GLOBAL .server_uuid, GTID_SUBTRACT(RECEIVED_TRANSACTION_SET, @@GLOBAL .GTID_EXECUTED) FROM performance_schema.replication_connection_status WHERE channel_name = group_replication_applier对应输出的监控指标为：mysql_mgr_apply_queue
查询当前mysql待认证的事务数 SELECT MEMBER_ID, Count_Transactions_in_queue FROM performance_schema.replication_group_member_stats WHERE member_id = @@GLOBAL .server_uuid对应输出的监控指标为：mysql_mgr_cert_queue
查寻当前mysql的节点状态，如果是online返回1，如果是offline返回2，如果是error返回3，如果是recovering返回4. SELECT member_id, CASE WHEN MEMBER_STATE = ONLINE THEN 1 WHEN MEMBER_STATE = OFFLINE THEN 2 WHEN MEMBER_STATE = ERROR THEN 3 WHEN MEMBER_STATE = RECOVERING THEN 4 ELSE 0 END AS MEMBER_STATE FROM performance_schema.replication_group_members WHERE MEMBER_ID = @@GLOBAL .server_uuid OR MEMBER_ID =对应输出的监控指标为：mysql_mgr_node_status
查询当前mysql节点的健康状态情况，如果online返回1，如果offline返回0。 SELECT member_id, IF(MEMBER_STATE = ONLINE AND ((SELECT COUNT(*) FROM performance_schema.replication_group_members WHERE MEMBER_STATE != ONLINE) >= ((SELECT COUNT(*) FROM performance_schema.replication_group_members) / 2) = 0), 1, 0) FROM performance_schema.replication_group_members JOIN performance_schema.replication_group_member_stats USING (member_id) WHERE member_id = @@GLOBAL .server_uuid对应输出的监控指标为：mysql_mgr_node_health
查询当前mysql节点角色情况，如果是主库返回1，如果是非主库返回0。 SELECT @@server_uuid, IF(@@GLOBAL .group_replication_single_primary_mode, (SELECT COUNT(1) FROM performance_schema.global_status WHERE variable_value = @@server_uuid), (SELECT COUNT(1) FROM performance_schema.replication_group_members WHERE member_id = @@server_uuid AND member_state = ONLINE)) AS isPrimary对应输出的监控指标为：mysql_mgr_role
大事务查询 SELECT @@GLOBAL .server_uuid, COUNT(trx_id) FROM information_schema.INNODB_TRX, sys.session AS se WHERE trx_mysql_thread_id = conn_id对应输出的监控指标为：mysql_big_trx，由于此查询需要调用MySQL系统sys相关视图，所以需要为exporter额外授权。
grant usage on *.* to exporter@%; grant select,execute on sys.* to exporter@%;七、grafana面板
grafana是一款带面板展示效果的开源应用。通过配置拉取prometheus服务器的指标数据，支持时序数据的查询及展示。拥有查询编译器功能，能够对时序数据运算后进行可视化展示。只需把prometheus提供的http服务配置即可。以下为MySQL监控指标图像化展示效果。
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