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53e14fb4e7
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@ -21,3 +21,219 @@ snapshot: 'https://pek3b.qingstor.com/kubesphere-community/images/kubecon-2023-a
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<source src="https://kubesphere-community.pek3b.qingstor.com/videos/Multi-Cluster-Alerting-A-Kubernetes-Native-Approach.mp4" type="video/mp4">
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</video>
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## PPT 下载
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**以下是本分享对应的文章内容。**
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## 可观测性来源
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在 Kubernetes 集群上，各个维度的可观测性数据，可以让我们及时了解集群上应用的状态，以及集群本身的状态。
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- Metrics 指标：监控对象状态的量化信息，通常会以时序数据的形式采集和存储。
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- Events：这里特指的是 Kubernetes 集群上所报告的各种事件，他们是以 Kubernetes 资源对象的形式存在。
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- Auditing：审计，是与用户 API 和安全相关的一些事件。
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- Logs：日志，是应用和系统对它们内部所发生各种事件的详细记录。
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- Traces：链路，主要记录了请求在系统中调用时的链路信息。
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## 告警规则
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接下来介绍一下几个可观测性维度上，我们是如何实现告警的。
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### metrics
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在云原生监控领域，Prometheus 是被广泛使用的，它可以说是一个事实上的标准。
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对于一个单独的集群来说，或者说是集群自己管理指标存储的场景，我们直接部署一个 Prometheus，就可以提供指标采集、存储、查询和告警的功能。当然也可以额外部署一个 Ruler 组件，来专门进行规则的评估和告警，这样可以减轻 Prometheus 组件的负担。
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我们还会面临指标数据托管的场景，因为有一些集群会有轻量化的需求，它需要将指标数据托管到一个 host 集群上，或者是托管到专门的服务上。
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Prometheus 是支持 Agent 模式的，这个模式下的 Prometheus 可以将指标进行采集，然后推送到一个主集群上进行存储。在主集群上，我们需要提供指标存储和查询的功能，当然告警也需要在主集群上进行，这时候的告警不只是要实现针对每个集群的单独告警，还需要支持多集群关联告警。
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Prometheus Operator 作为管理 Prometheus 的 Kubernetes 原生方式，为部署和配置 Prometheus 提供了极大的便利。比如 Prometheus Operator 定义了一个 ServiceMonitor CRD，我们可以用它来方便的配置拉取指标的 targets。
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另外 Prometheus Operator 还定义了一个 PrometheusRule CRD 来配置告警规则，但目前仍然存在一些不足：
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- 配置粒度大，导致对并发更新的支持不足。
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- 可配置性不够，比如不支持禁用告警规则。
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- 对多租户和多集群场景的支持较差。
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为了让规则配置更加灵活，并且能够更好的应用到多集群和多租户的场景，我们引入了三个新的 CRDs。这些 CRDs 以规则组为配置单元，配置粒度更加细化，可配置性也得到了增强。
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- RuleGroup：项目级别的资源，只对所在项目的指标生效。
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- ClusterRuleGroup：集群级别的资源，其生效范围是其实例所在集群的指标。
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- GlobalRuleGroup：特殊资源，支持对多个指定集群的指标生效。
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上方是 RuleGroup 的一个实例。
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每个规则组都是一个配置单元，可以包含有关联关系的多个规则。
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在单个规则的结构上，我们保留了 PrometheusRule CRD 中原始的规则结构，以确保和上游 PrometheusRule 的兼容性。
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在 RuleGroup 的实例当中，我们可以通过设置一个资源标签来启用或者禁用整个规则组，也可以在规则配置中进行单个规则的禁用或启用。
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另外我们还提供了一个 `exprBuilder`，以针对一些典型的告警场景，通过简单的配置即可进行规则表达式的自动化构建。
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`exprBuilder` 提供了配置 Prometheus 查询表达式的便捷方法，涵盖了工作负载和节点的各种指标告警。
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- 工作负载
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- 类型：Deployment、StatefulSet、DaemonSet。
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- 指标：工作负载的 CPU、内存、网络和副本。
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- 节点（不适用于 RuleGroup 实例）
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- 指标：节点的 CPU、内存、网络、磁盘、pod 使用率等。
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RuleGroup，ClusterRuleGroup 和 GlobalRuleGroup 的实例可以组合成 PrometheusRule 的实例。在此过程中，会添加一些指标数据访问的限制。比如 RuleGroup 被合并生成到 PrometheusRule 实例中时，它会将 `exprBuilder` 构建成 Prometheus 查询表达式，同时也会将 `namespace` 的条件注入到表达式中，以限制规则可以访问的指标。
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在多集群告警的场景下，还会涉及到 PrometheusRule 的跨集群同步。在这个同步过程中，我们会将 `cluster` 条件注入规则表达式中，这样可以限制规则访问的集群指标。
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无论采用哪种指标存储管理模式，在数据侧评估告警规则的效率会更高。如果一个集群自己管理指标存储，那么同一集群的 Ruler 可以直接加载这些规则，然后进行评估和告警，RuleGroup 和 ClusterRuleGroup 的更新也会及时反馈到 Ruler 组件内部。
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如果一个集群将指标数据托管到一个主集群上，在这个集群上仍然会有 RuleGroup 和 ClusterRuleGroup 合并生成 PrometheusRule 的过程，不过生成的 PrometheusRule 会被同步到主集群上，由主集群的 Ruler 进行评估和告警。这是因为在同步的过程中，规则表达式中已经注入了 `cluster` 的过滤条件，所以能够正常的对该集群的指标数据进行评估，并决定是否告警。
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如果有多个集群将数据托管到一个主集群上，那么可以在主集群上配置多个 Ruler 来分担压力。在 KubeSphere 的某些版本中，可以根据多集群的规模来动态的扩展 Ruler 以及相关的查询组件，以确保告警评估过程高效运行。
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由新定义的规则资源触发的告警不仅包含指标标签，还将通过以下标签丰富告警信息以方面故障定位：
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- alerttype：区分不同的告警来源。
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- cluster：用于多集群方案，快速定位告警对象。
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- severity：对告警执行分级控制。
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- rule_group：在规则组和告警之间建立有效的关系。
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- rule_level：在规则组和告警之间建立有效的关系。
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### events
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接下来介绍一下事件告警规则的实现方式。
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Kubernetes 事件通常表示集群中的某些状态变化，作为 Kubernetes 资源对象，其保留时间有限。kube-events 项目中的 exporter 组件可以导出这些事件进行长期存储，并通过评估事件规则生成与 Alertmanager 兼容的告警。这些规则可以过滤掉告警、关键事件或者用户感兴趣的事件。
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事件规则 CRD 定义了基于事件的告警配置：
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- condition：它类似于一个 sql 语句的 where 部分（通过我们实现的 event-rule-engine 来提供语法支持），用于支持更灵活的事件过滤方式。
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- labels：添加到告警中的额外标签。
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- annotations：关于告警的详细信息。
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在 KubeSphere 中，事件规则实例中的 `kubesphere.io/rule-scope` 标签可用于限制规则的生效范围：
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- cluster：适用于集群中的所有事件。
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- workspace：适用于属于同一工作区的多个命名空间中的事件。必须在规则实例中指定 `workspace` 标签。
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- namespace：规则实例所在的 namespace 需要与事件涉及对象所在的 namespace 相匹配。
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### audit events
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接下来介绍一下审计告警规则的实现方式。
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在 Kubernetes 集群中，是通过审计事件记录了所有 API 的调用，包含了请求响应信息和用户信息。审计组件在提供审计导出功能的时候，还可以根据相关的规则进行灵活的配置。
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审计规则 CRD 定义了过滤审计事件的配置，这些事件将被长期存储或生成告警发送给用户。每个审计规则实例可包含多个规则。
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定义了四种类型的规则：
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- rule：真正完整的规则，带有条件字段，也是之前的类似 sql 的表达式。
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- macro：精简规则，可被其他宏或规则调用。
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- list：列表，可被宏或规则调用。
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- alias：只是一个变量的别名。
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## 如何配置接收告警通知
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所有的告警都将通过通知系统，实时准确地发送给用户。KubeSphere 团队开源的 Notification Manager 是一个多租户的云原生通知管理工具，它支持多种通知渠道，比如微信、钉钉、飞书、邮件、Slack、Pushover、WeCom、Web hook 以及短信平台（阿里、腾讯、华为）等等。
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下面就来通过 Notification Manager，快速地搭建出一套云原生的多租户通知系统。
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Notification Manager 会接收来自 Prometheus、Alertmanager 发出的警告消息、K8s 产生的审计消息以及 K8s 本身的事件。在规划中我们还会实现接入 Prometheus 的告警消息和接入 Cloud Event 。消息在进入缓存之后，会经过静默、抑制、路由、过滤、聚合，最后进行实际的通知，并记录在历史中。
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下面是对每个步骤的解析：
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### 静默（Silence）
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静默的作用是在特定的时间段阻止特定的告警发送，具有时效性。可以通过配置时间段或者 Cron 表达式来设置静默规则的生效时间。当然，也可以设置永久生效的静默规则。
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静默规则有两种级别：全局级别和租户级别。全局级别的静默规则作用于所有的告警，租户级别的租户级别只作用于需要发送给某个租户的告警。
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### 抑制（Inhibit）
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抑制的作用是通过某些特定的告警去阻止其他告警的发送。一个节点宕机之后会发送大量告警，而这些告警不利于我们排查原因，我们可以通过设置抑制规则不再发送这部分告警给用户。
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### 路由（Route）
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告警、事件、审计都是由一个个标签组成的，路由的本质就是根据标签寻找需要接收标签的接收器。换句话说，路由的作用就是根据告警信息去寻找，要把告警发送给哪个用户，用户又通过什么方式去接收告警。
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那么如何去定义用户接收告警的方式？
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Notification Manager 引入了一个 Receiver 的概念。
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Receiver 用于定义通知格式和发送通知的目的地。接收器包含以下信息：通知渠道信息，如电子邮件地址、Slack channel 等；生成通知消息的模板；过滤告警的标签选择器。
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Receiver 分为两类：全局级别和租户级别。
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全局级别的 Receiver 会接收所有的告警消息，租户级别的 Receiver 只会接收租户有权限访问的 namespace 下产生的告警消息。
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有两种方式把告警和 Receiver 匹配起来：
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- 路由匹配：用户可以制定一个路由规则，然后把特定的告警路由到特定的 Receiver 上。
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- 根据 namespace 标签匹配：对于没有 namespace 标签的告警，会全部发送到全局级别的 Receiver；对于有 namespace 标签的告警，会根据标签的值，发送到有权限访问 namespace 租户创建的 Receiver 上。
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这是一个路由规则，我们可以通过标签选择器去选择需要路由的告警，然后可以把这些告警路由到指定租户的所有 Receiver 上，或者把它路由到某一个指定的 Receiver 上。更进一步，我们可以选择某一些类型的 Receiver，比如我们可以把告警路由到所有的 Email Receiver，而不把它路由到 wechat Receiver。
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对于这两种模式，有三种协同方式，分别是：
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- All：同时使用两种方式匹配。
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- 路由优先：优先使用路由规则匹配，未匹配成功的使用自动匹配。
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- 只使用路由：使用路由规则未匹配到 Receiver，则不发送通知。
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### 过滤（Filter）
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每个用户对告警的需求是不一样的，我们需要为每个选定的 Receiver 过滤掉无效或不感兴趣的告警。这就是 Filter 的作用。
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实现 Filter 的方式有两种，一种是通过在 Receiver 中设置标签选择器，过滤掉不重要的通知，对于单个通知有效，另一种是定义租户级别的静默规则，对部分通知进行静默。
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### 聚合（Aggregation）
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告警匹配到了对应的 Receiver，就可以通过设定的规则，将同一 Receiver 需要发送的告警做一个聚合。
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聚合的作用有两个：
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- 聚合告警消息，便于归档，方便用户定位故障。
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- 减少调用频次，避免被微信、钉钉等禁言，节省资源。
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### 模板（Template）
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到了这一步，告警发送之前的所有准备工作已经完成了，接下来就要向用户发送通知。
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首先，我们需要根据告警消息生成一条通知消息（根据不同的 Receiver 生成不同的消息）。我们支持用户自定义通知模板，用户可以定义全局模板，也可以为每个接收者定义模板。同时我们支持用户自定义语言包，然后实现语言切换。Notification Manager 为大家提供了内置的相关函数，可以实现语言的翻译功能。
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### Config
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现在一切都准备就绪，是时候向用户发送通知了，但我们还缺少一些关键信息，例如：SMTP 服务器和用于发送电子邮件的电子邮件地址；用于向 Slack 频道发送通知的 Slack APP 令牌；飞书的 AppID 和 AppSecret，因此我们需要定义这些信息。
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Config 就是用来定义发送通知消息所必需的一些信息的，同样分为全局类型和租户类型两种。
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对于全局级别的 Receiver，默认情况下，会选择全局级别的 Config。对于租户级别的 Receiver，默认选择当前租户的创建的 Config。如果当前租户未创建 Config，会选择全局级别的 Config。
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同时也支持 Receiver 通过标签选择器去指定 Config。
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通过发送配置和接收配置分离的模式，我们可以最大限度的实现配置复用，同时可以实现多租户的通知设置。
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举个简单的例子，比如对邮箱这种通知模式，整个公司可能只有一个 SMTP 服务器，这样就可以设置一个全局级别的 Email Config，然后所有的租户只配置一个 Receiver 就可以了。
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至此我们就完整的搭建了一个多租户的云原生通知系统，然后就可以给用户发送通知了。
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