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监控 DreamHack——全球最大的数字节

2015 年 6 月 24 日作者 Christian Svensson（DreamHack 网络团队）

编者注：本文是一位 Prometheus 用户撰写的客座文章。

如果你要为成千上万要求苛刻的游戏玩家运营网络，你就需要真正了解网络内部发生了什么。哦，还有，所有东西都必须在短短五天内从零开始搭建起来。

如果你之前从未听说过 DreamHack，那么简单介绍一下：将 20,000 人聚集在一起，让他们中的大多数人带上自己的电脑。再混合上专业游戏（电子竞技）、编程竞赛和现场音乐会。其结果就是全球最大的、完全专注于数字世界一切事物的节日。

要让这样的活动成为可能，需要有大量的基础设施。搭建如此规模的普通基础设施需要数月时间，但 DreamHack 的工作人员在短短五天内就从零开始搭建了一切。这当然包括配置网络交换机等工作，但也包括搭建配电系统、为食品和饮料设立商店，甚至还包括搭建实际的桌子。

负责构建和运营所有与网络相关的事务的团队，官方名称是网络团队，但我们通常称自己为 tech 或 dhtech。这篇文章将重点介绍 dhtech 的工作，以及我们在 2015 年 DreamHack 夏季赛期间如何使用 Prometheus，尝试将我们的监控水平提升到一个新的高度。

设备

事实证明，要为 10,000 多台电脑构建一个高性能网络，你至少需要同样数量的网络端口。在我们的案例中，这些端口以约 400 台思科 2950 交换机的形式出现。我们称之接入层交换机。这些交换机遍布场馆内所有参与者带着电脑就坐的地方。

Access switches

*接入层交换机整齐地排着队，随时准备以高速连接迎接 DreamHack 的玩家们。*

显然，仅仅将所有这些电脑连接到一台交换机上是不够的。这台交换机还需要连接到其他交换机。这时，汇聚层交换机（或称 dist 交换机）就派上用场了。这些交换机接收来自所有接入层交换机的数百条链路，并将它们聚合成更易于管理的 10-Gbit/s 高容量光纤。然后，汇聚层交换机再进一步聚合到我们的核心层，流量在那里被路由到其目的地。

除此之外，我们还运营自己的 WiFi 网络、DNS/DHCP 服务器以及其他基础设施。完成后，我们的核心层看起来有点像下图所示。

Network planning map

*汇聚层和核心层的规划图。核心层在“D 厅”清晰可见*

总而言之，这成了一个需要监控的冗长清单，所以让我们回到你来这里的原因：我们如何确保我们知道正在发生什么？

隆重介绍：dhmon

dhmon 是一个系统的集合名称，它不仅监控网络，还允许其他团队收集他们想要的任何指标。

由于网络需要在五天内建成，因此监控系统必须易于设置，并且在我们有最后一刻的基础设施变更（如添加或删除设备）时能保持同步。当我们开始建设网络时，我们需要尽快获得监控，以便能够发现设备存在的任何问题或我们未曾预见的其他问题。

过去，我们曾尝试使用 Cacti、SNMPc 和 Opsview 等多种常用软件的组合。虽然这些软件也能用，但它们都专注于成为封闭系统，并且只提供最基本的功能。几年前，团队中的几个人说：“够了，我们自己能做得更好！”然后开始编写一个定制的监控解决方案。

当时的选择有限。多年来，该系统从使用 Graphite（可扩展性问题）、自定义的 Cassandra 存储（高复杂性）和 InfluxDB（软件不成熟）一路走来，最终选择使用 Prometheus。我第一次了解到 Prometheus 是在 2014 年，当时我遇到了 Julius Volz，从那时起我就一直渴望尝试它。今年夏天，我们终于用 Prometheus 替换了我们自己编写的基于 InfluxDB 的指标存储。剧透一下：我们不打算回头了。

架构

监控解决方案由三个层面组成：收集、存储、呈现。我们最关键的收集器是 snmpcollector (SNMP) 和 ipplan-pinger (ICMP)，紧随其后的是 dhcpinfo (DHCP 租约统计)。我们还有一些脚本，将其他系统的统计数据转储到 node_exporter 的文本文件收集器中。

dhmon Architecture

*截至 2015 年夏季，dhmon 的当前架构规划*

我们使用 Prometheus 作为中央时间序列存储和查询引擎，但我们也使用 Redis 和 memcached 来导出我们收集但无法以任何合理方式存储在 Prometheus 中的二进制信息的快照视图，或者在我们需要访问非常新的数据时使用。

其中一个案例是在我们的呈现层。我们使用我们的 dhmap Web 应用程序来概览接入层交换机的整体健康状况。为了有效地解决错误，我们需要从数据收集到呈现的延迟大约为 10 秒。我们的目标是在客户注意到问题之前，或者至少在他们走到支持人员那里报告问题之前，就已经修复了问题。因此，我们从一开始就使用 memcached 来访问网络的最新快照。

今年我们继续使用 memcached 来处理我们的低延迟数据，同时将 Prometheus 用于所有历史数据或对延迟不那么敏感的数据。这个决定仅仅是因为我们不确定 Prometheus 在非常短的采样间隔下的性能如何。最终，我们没有发现任何理由说明我们不能将 Prometheus 用于这些数据——在下一次 DreamHack 活动中，我们肯定会尝试用 Prometheus 替换我们的 memcached。

dhmon Visualization

*由 dhmon 可视化的我们的接入层概览*

Prometheus 设置

到目前为止被称为 Prometheus 的模块实际上由三种产品组成：Prometheus、PromDash 和 Alertmanager。这个设置相当基础，所有三个组件都运行在同一台主机上。所有服务都由一个仅作为反向代理的 Apache Web 服务器提供。

ProxyPass /prometheus https://:9090/prometheus
ProxyPass /alertmanager https://:9093/alertmanager
ProxyPass /dash https://:3000/dash

探索网络

Prometheus 有一个强大的查询引擎，可以让你对从整个网络收集的流式信息做一些非常酷的事情。然而，有时查询需要处理太多数据，无法在合理的时间内完成。当我们想要从总共约 18,000 个链路中绘制出利用率最高的前 5 个链路时，就遇到了这种情况。虽然查询可以工作，但它需要的时间大约等于我们设置的超时限制，这意味着它既慢又不稳定。我们决定使用 Prometheus 的记录规则来预计算繁重的查询。

precomputed_link_utilization_percent = rate(ifHCOutOctets{layer!='access'}[10m])*8/1000/1000
                                         / on (device,interface,alias)
                                       ifHighSpeed{layer!='access'}

此后，运行 topk(5, precomputed_link_utilization_percent) 就快得惊人了。

被动响应：告警

所以，在这个阶段，我们有了一个可以查询网络状态的东西。但我们是人，不想花时间一直运行查询来查看事情是否正常运行，所以显然我们需要告警。

例如：我们知道我们所有的接入层交换机都使用 GigabitEthernet0/2 作为上行链路。有时，当网线存放太久后会氧化，无法协商到我们想要的 1000 Mbps 全速。

网络端口的协商速度可以在 SNMP OID IF-MIB::ifHighSpeed 中找到。然而，熟悉 SNMP 的人会意识到这个 OID 是由一个任意的接口索引来索引的。为了理解这个索引的意义，我们需要将它与来自 SNMP OID IF-MIB::ifDescr 的数据进行交叉引用，以检索实际的接口名称。

幸运的是，我们的 snmpcollector 在生成 Prometheus 指标时支持这种交叉引用。这使我们能够以一种简单的方式不仅查询数据，还能定义有用的告警。在我们的设置中，我们配置了 SNMP 收集，用 ifDescr 来注释 IF-MIB::ifTable 和 IF-MIB::ifXTable OID 下的任何指标。这在我们现在需要指定我们只对 GigabitEthernet0/2 端口感兴趣，而对其他接口不感兴趣时，就派上了用场。

让我们来看看这样一个告警定义是什么样子的。

ALERT BadUplinkOnAccessSwitch
  IF ifHighSpeed{layer='access', interface='GigabitEthernet0/2'} < 1000 FOR 2m
  SUMMARY "Interface linking at {{$value}} Mbps"
  DESCRIPTION "Interface {{$labels.interface}} on {{$labels.device}} linking at {{$value}} Mbps"

完成了！现在，如果一台交换机的上行链路突然以非最佳速度连接，我们就会收到警报。

我们再来看看一个 DHCP 作用域几乎已满的告警是什么样的。

ALERT DhcpScopeAlmostFull
  IF ceil((dhcp_leases_current_count / dhcp_leases_max_count)*100) > 90 FOR 2m
  SUMMARY "DHCP scope {{$labels.network}} is almost full"
  DESCRIPTION "DHCP scope {{$labels.network}} is {{$value}}% full"

我们发现，即使你没有 Prometheus 或时间序列数据库的经验，定义告警的语法也很容易阅读和理解。

Prometheus alerts for DreamHack

*糟糕！原来我们有些上行链路有问题，最好跑出去修好它！*

主动预防：仪表盘

虽然告警是监控的重要组成部分，但有时你只想对网络健康状况有一个很好的概览。为了实现这一点，我们使用了 PromDash。每当有人问我们关于网络的任何问题时，我们都会构建一个查询来获得答案，并将其保存为一个仪表盘小部件。然后，最有趣的那些会被添加到一个我们自豪地展示的总览仪表盘中。

dhmon Dashboard

*由 PromDash 驱动的 DreamHack 总览仪表盘*

未来

虽然改变任何系统的核心部分是一项复杂的工作，我们很高兴能在一个活动中就成功集成了 Prometheus，但毫无疑问还有很多地方需要改进。一些方面非常基础：使用更多预计算的指标来提高性能，添加更多告警，以及调整我们现有的告警。另一个方面是为操作员提供便利：创建一个适合我们网络运营中心（NOC）的告警仪表盘，弄清楚我们是否要呼叫值班人员，还是让 NOC 来升级告警。

我们计划增加的一些更重要的功能包括：syslog 分析（我们有大量的 syslog！）、来自我们入侵检测系统的告警、与我们的 Puppet 设置集成，以及在 DreamHack 的不同团队之间进行更多集成。我们成功创建了一个概念验证，将其中一个电流传感器的数据引入到我们的监控中，这样就可以很容易地看出一个设备是故障了，还是仅仅是断电了。我们还在努力与活动现场商店使用的销售点系统集成。谁不想绘制冰淇淋销售的图表呢？

最后，并非团队运营的所有服务都在现场，有些甚至在活动结束后 24/7 运行。我们也想用 Prometheus 来监控这些服务，并且从长远来看，当 Prometheus 支持联邦时，利用非现场的 Prometheus 来复制来自活动 Prometheus 的指标。

结束语

我们对 Prometheus 感到非常兴奋，它让从零开始建立可扩展的监控和告警变得如此简单。

非常感谢在活动期间 FreeNode 上 #prometheus 频道帮助过我们的每一个人。特别感谢 Brian Brazil、Fabian Reinartz 和 Julius Volz。感谢你们的帮助，即使在我们明显没有仔细阅读文档的情况下。

最后，dhmon 是完全开源的，所以如果你感兴趣，可以访问 https://github.com/dhtech/ 查看。如果你觉得想成为其中的一员，就去 QuakeNet 上的 #dreamhack 频道和我们聊聊。谁知道呢，也许你会帮助我们建设下一届 DreamHack？