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一、背景

MySQL 8.0是當前Oracle公司一直在大力宣傳的新版本，從架構到性能均有顯著變化，同時，隨著kubernetes的普及，為更好的提升資源利用率，可以進行MySQL上云的探索。MySQL上云如何進行運行狀態的監控呢?MySQL運行狀態監控需要滿足：監控數據實時準備，報警機制響應迅速，支持異地集中監控。本文將探索云上MySQL的監控方案。

二、方案對比

方案一：

Zabbix監控系統，基于c+php開發的開源監控系統，支持多種監控采集方式，應用廣泛，支持比較成熟，社區活躍，缺點是對容器支持度比較差。

方案二：

Prometheus監控系統，基于go開發的開源監控系統，支持pull和push兩種采集模式，有完整的監控、報警、展示、數據異地傳輸能力，配置簡單，對容器支持良好。

由于目前使用的MySQL在云上部署，而且公司現有對PaaS云監控基于Promehteus，因此，方案二是更佳選項，既能滿足MySQL監控，又能充分利用現有資源。

三、Prometheus監控系統概述

Prometheus是由SoundeCloud公司基于go語言開發的一款開源的監控報警解決方案，基于時間序列監控數據。

1、組件及架構

組件：

• promethues server：主要獲取和存儲時間序列數據
• Exporters(導出器)：主要是作為agent收集數據發送到prometheus server，不同的數據收集由不同的exporters實
• pushgateway：允許短暫和批處理的jobs推送它們的數據到prometheus;然后由prometheus拉取數據。
• alertmanager：實現prometheus的告警功能。

組件間關系如下：

 

圖1 組件架構圖

2、Prometheus特點

• 指標收集：prometheus服務器定義了名為目標(target)的配置，執行抓取所需要的信息。
• 服務發現：可以通過通過多種方式來處理要監控的資源。包括：靜態資源列表、基于文件發現、自動發現。
• 聚合和報警：在服務器上可以查詢和聚合時間序列數據。通過規則記錄常用的查詢并做聚合。可以設置報警規則，滿足報警條件時會觸發報警，把報警信息推送的alertmanager。
• 自治：不依賴分布式存儲，單個服務器節點是自主的。
• 冗余和高可用性：可部署多臺prmehteus服務器，實現監控系統的高可用性。
• 查詢語言：prometheus服務器提供了查詢語言PromQL，用于對時序數據進行篩選和運算。
• 可視化：prometheus內置表達式瀏覽器可提供可視化，可與grafana配合實現監控數據可視化展示。

四、MySQL數據庫監控

1、監控方案

Prometheus官方提供了mysqld_exporter導出器，可實現對MySQL監控。該導出器通過MySQL用戶連接數據庫，查詢相關數據庫表、狀態信息，通過http服務的方式暴露監控數據。

方案不足：導出器可實現單節點和主從復制相關監控項，但對于MGR模式相關監控目前還不能很好地支持。

方案改進：prometheus提供了client libraries，可實現對監控指標進行定制化采集。故可用python語言定制腳本的方式采集MGR相關數據。mysqld_exporter與python腳本能夠滿足全部監控信息的導出。

2、部署方案

關于Paas云上MySQL監控部署，有兩種方案：

方案一：

 

MySQL、mysqld_exporter、my_exporter_python監控腳本三部分同在一個鏡像中，運行該容器可實現對MySQL的監控。

方案二：

 

MySQL、mysqld_exporter、my_exporter_python監控腳本分別屬于不同的鏡像，MySQL主容器與監控容器按順序運行。監控容器以sidecar的方式訪問MySQL。

方案對比：

MySQL數據庫服務對于應用是非常重要的一環，要確保MySQL安全可靠。方案一，如果MySQL異常或出現錯誤，對問題診斷與排錯方面，監控導出器可能會干擾項，不利于后期MySQL運維管理。方案二，由于三部分在不同的容器中運行，不會產生互相干擾的可能性，因此方案二為最佳。

五、監控具體實現

1、創建MySQL監控用戶并授權

 

2、my_exporter_python腳本說明

9000端口提供http提供服務

start_http_server(9000)

設置Gauge對象

 

 

連接接MySQL查詢數據

 

 

設置MGR相關的metrics

 

3、鏡像拉取與定制

mysqld_exporter鏡像pull：

docker pull prom/mysqld_exporter

my_exporter_python鏡像制作

Dockerfile內容

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、鏡像部署yaml文件部分內容：

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設置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、采集指標解釋

• 查詢mysql上線時間

mysql> show status like '%uptime%'; 
+---------------------------+---------+ 
| Variable_name             | Value   | 
+---------------------------+---------+ 
| Uptime                    | 1284686 | 
| Uptime_since_flush_status | 1284686 | 
+---------------------------+---------+ 

Uptime即為mysql上線時間，單位為秒，對應輸出的監控指標為：Mysql_uptime。可以對監控指標運算得到相應時間單位，例如轉為天數，mysql_uptime/60/60/24。

• 查詢mysql服務端口mysql

mysql> show variables like 'port'; 
+---------------+-------+ 
| Variable_name | Value | 
+---------------+-------+ 
| port          | 3306  | 
+---------------+-------+ 

對應輸出監控指標為：mysql_global_variables_port

• 查看mysql服務器是否在線

如果mysqld_exporter連接mysql服務器成功，表示服務器在線，否則表示離線狀態，對應輸出的監指標：mysql_up。數值為1表示在線，數值0表示離線。

查看數據庫連接數

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：表示打開的鏈接數，對應輸出的監控指標為：mysql_global_status_threads_connected。

Threads_running：表示激活的連接數，并發數，對應輸出的監控指標為：mysql_global_status_threads_running。

max_used_connections：表示當前使用過的最大連接數，對應輸出的監控指標為：mysql_global_status_max_used_connections。

max_connections：表示并發執行的最大連接數，對應輸出的監控指標為：mysql_global_variables_max_connections。

• 查看慢查詢數量

mysql> show global status like '%Slow_queries%'; 
+---------------+-------+ 
| Variable_name | Value | 
+---------------+-------+ 
| Slow_queries  | 0     | 
+---------------+-------+ 

對應輸出監控指標為：mysql_global_status_slow_queries

此指標為當前慢查詢的總數，如果想要更精確的顯示慢查詢額狀態，可以使用promQL，將監控指標顯示為每秒慢查詢的數量，可以如下所示：irate(mysql_global_status_slow_queries[5m])，顯示5分鐘內，每秒慢查詢的數量。

• 查詢QPS

mysql> show global status like 'questions';  
+---------------+--------+ 
| Variable_name | Value  | 
+---------------+--------+ 
| Questions     | 407158 | 
+---------------+--------+ 

Questions：表示為收到的總請求的次數，對應輸出的監控指標為：mysql_global_status_questions。如果想要得到沒秒請求的數量，可以如下方法所示：

irate(mysql_global_status_questions[5m])，顯示5分鐘內每秒請求的數量，即QPS。

• 查詢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：表示直接從磁盤讀的次數，對應輸出的監控指標為：

mysql_global_status_innodb_buffer_pool_reads。

Innodb_buffer_pool_read_requests：表示邏輯讀的次數，

對應輸出的監控指標為：

mysql_global_status_innodb_buffer_pool_read_requests。

計算邏輯讀的命中率，公式為：100 - 100 * (mysql_global_status_innodb_buffer_pool_reads/

 

mysql_global_status_innodb_buffer_pool_read_requests)。

計算邏輯讀的命中率，公式為：100 - 100 * (mysql_global_status_innodb_buffer_pool_reads/

mysql_global_status_innodb_buffer_pool_read_requests)。

• 查詢打開表的數量

mysql> show global status like 'open_tables'; 
+---------------+-------+ 
| Variable_name | Value | 
+---------------+-------+ 
| Open_tables   | 371   | 
+---------------+-------+ 

對應輸出的監控指標為：mysql_global_status_open_tables

• 查詢表緩存命中率

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：表示創建過的線程數，對應輸出的監控指標為：mysql_global_status_threads_created。

Connections：表示試圖鏈接mysql服務器的次數，對應輸出的監控指標為：mysql_global_status_connections。

表緩存命中率為：(1-mysql_global_status_threads_created/mysql_global_status_connections)*100 。

• 查詢鎖狀態

mysql> show global status like 'table_locks%'; 
+-----------------------+--------+ 
| Variable_name         | Value  | 
+-----------------------+--------+ 
| Table_locks_immediate | 156335 | 
| Table_locks_waited    | 0      | 
+-----------------------+--------+ 

Table_locks_immediate：表示行鎖總數量，對應輸出監控指標為：mysql_global_status_table_locks_immediate，可以計算每秒行鎖數量，如：

irate(mysql_global_status_table_locks_immediate[5m])。

Table_locks_waited 表示為表鎖數量，對應輸出監控指標為：mysql_global_status_table_locks_waited。

• 查詢臨時表狀態

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：表示為創建磁盤臨時表數量，對應輸出監控指標為：mysql_global_status_created_tmp_disk_tables。

Created_tmp_tables：表示服務器內部創建臨時表的數量，對應輸出指標為：mysql_global_status_created_tmp_tables。

臨時表比例計算為：

mysql_global_status_created_tmp_disk_tables/mysql_global_status_created_tmp_tables。

python腳本實現監控指標及sql語句

mysql組復制相關信息記錄在performance_schema庫中的replicaion_conection_status、replication_group_member_stats、replication_group_members表中，通過關聯查詢能夠得到組復制相關的監控項

• 查詢當前mysql待應用的事務數

SELECT  
    @@GLOBAL .server_uuid, 
    GTID_SUBTRACT(RECEIVED_TRANSACTION_SET, 
            @@GLOBAL .GTID_EXECUTED) 
FROM 
    performance_schema.replication_connection_status 
WHERE 
    channel_name = 'group_replication_applier' 

對應輸出的監控指標為：mysql_mgr_apply_queue

• 查詢當前mysql待認證的事務數

SELECT  
    MEMBER_ID, Count_Transactions_in_queue 
FROM 
    performance_schema.replication_group_member_stats 
WHERE 
    member_id = @@GLOBAL .server_uuid 

對應輸出的監控指標為：mysql_mgr_cert_queue

• 查尋當前mysql的節點狀態，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 = '' 

對應輸出的監控指標為：mysql_mgr_node_status

• 查詢當前mysql節點的健康狀態情況，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 

對應輸出的監控指標為：mysql_mgr_node_health

• 查詢當前mysql節點角色情況，如果是主庫返回1，如果是非主庫返回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 

對應輸出的監控指標為：mysql_mgr_role

• 大事務查詢

SELECT  
    @@GLOBAL .server_uuid, COUNT(trx_id) 
FROM 
    information_schema.INNODB_TRX, 
    sys.session AS se 
WHERE 
    trx_mysql_thread_id = conn_id 

對應輸出的監控指標為：mysql_big_trx，由于此查詢需要調用MySQL系統sys相關視圖，所以需要為exporter額外授權。

grant usage on *.* to exporter@'%'; 
grant select,execute on sys.* to exporter@'%'; 

七、grafana面板

grafana是一款帶面板展示效果的開源應用。通過配置拉取prometheus服務器的指標數據，支持時序數據的查詢及展示。擁有查詢編譯器功能，能夠對時序數據運算后進行可視化展示。只需把prometheus提供的http服務配置即可。以下為MySQL監控指標圖像化展示效果。