搞搞 Prometheus: Alertmanager-每日运维

警报是监控系统中必不可少的一块, 当然了, 也是最难搞的一块. 我们乍一想, 警报似乎很简单一件事:

假如发生了异常情况, 发送或邮件/消息通知给某人或某频道

一把梭搞起来之后, 就不免有一些小麻烦:

这个啊…一天中总有那么几次波动, 也难修难查了, 算了算了不看了
警报太多了, 实在看不过来, 屏蔽/归档/放生吧…
有毒吧, 这个阈值也太低了
卧槽, 这些警报啥意思啊, 发给我干嘛啊?
卧槽卧槽卧槽, 怎么一下子几十百来条警报, 哦…原来网络出问题了全崩了

到最后我们还能总结出一个奇怪的规律:

这世界上只有两种警报，一种是疯狂报警但是没有卵用完全没人看的警报，一种是非常有效大家都想看但在用户反馈前从来都报不出来的警报。—— 鲁迅(

玩笑归玩笑，但至少我们能看出，警报不是一个简单的计算+通知系统。只是，”做好警报”这件事本身是个综合问题，代码能解决的也只是其中的一小部分，更多的事情要在组织、人事和管理上去做。我掰不出那么有深度的文章，这篇文章就专注一点，只讲代码部分里的通知，也就是 Prometheus 生态中的 Alertmanager 这个组件。

为什么要 Alertmanager？

我们先介绍一点背景知识，Prometheus 生态中的警报是在 Prometheus Server 中计算警报规则(Alert Rule)并产生的，而所谓计算警报规则，其实就是周期性地执行一段 PromQL，得到的查询结果就是警报，比如:

node_load5 > 20

这个 PromQL 会查出所有”在最近一次采样中，5分钟平均 Load 大于 20”的时间序列。这些序列带上它们的标签就被转化为警报。

只是，当 Prometheus Server 计算出一些警报后，它自己并没有能力将这些警报通知出去，只能将警报推给 Alertmanager，由 Alertmanager 进行发送。

这个切分，一方面是出于单一职责的考虑，让 Prometheus “do one thing and do it well”, 另一方面则是因为警报发送确实不是一件”简单”的事，需要一个专门的系统来做好它。可以这么说，Alertmanager 的目标不是简单地”发出警报”，而是”发出高质量的警报”。它提供的高级功能包括但不限于：

Go Template 渲染警报内容；
管理警报的重复提醒时机与消除后消除通知的发送；
根据标签定义警报路由，实现警报的优先级、接收人划分，并针对不同的优先级和接收人定制不同的发送策略；
将同类型警报打包成一条通知发送出去，降低警报通知的频率；
支持静默规则: 用户可以定义一条静默规则，在一段时间内停止发送部分特定的警报，比如已经确认是搜索集群问题，在修复搜索集群时，先静默掉搜索集群相关警报；
支持”抑制”规则(Inhibition Rule): 用户可以定义一条”抑制”规则，规定在某种警报发生时，不发送另一种警报，比如在”A 机房网络故障”这条警报发生时，不发送所有”A 机房中的警报”；

假如你很忙，那么读到这里就完全 OK 了，反正这类文章最大的作用就是让我们”知道有 X 这回事，大概了解有啥特性，当有需求匹配时，能想到试试看 X 合不合适“，其中 X = Alertmanager。当然，假如你是个好奇宝宝，那么还可以看看下面的解析。

Alertmanager 内部架构

先看官方文档中的架构图：

从左上开始，Prometheus 发送的警报到 Alertmanager;

警报会被存储到 AlertProvider 中，Alertmanager 的内置实现就是包了一个 map，也就是存放在本机内存中，这里可以很容易地扩展其它 Provider;

Dispatcher 是一个单独的 goroutine，它会不断到 AlertProvider 拉新的警报，并且根据 YAML 配置的 Routing Tree 将警报路由到一个分组中;

分组会定时进行 flush (间隔为配置参数中的 group_interval), flush 后这组警报会走一个 Notification Pipeline 链式处理;

Notification Pipeline 为这组警报确定发送目标，并执行抑制逻辑，静默逻辑，去重逻辑，发送与重试逻辑，实现警报的最终投递;

下面就分开讲一讲核心的两块：

Dispatcher 中的 Routing Tree 的实现与设计意图

Notification Pipeline 的实现与设计意图

Routing Tree

Routing Tree 的是一颗多叉树，节点的数据结构定义如下：

// 节点包含警报的路由逻辑
type Route struct {
    // 父节点
    parent *Route
    // 节点的配置，下文详解
    RouteOpts RouteOpts
    // Matchers 是一组匹配规则，用于判断 Alert 与当前节点是否匹配
    Matchers types.Matchers
    // 假如为 true, 那么 Alert 在匹配到一个节点后，还会继续往下匹配
    Continue bool
    // 子节点
    Routes []*Route
}

具体的处理代码很简单，深度优先搜索：警报从 root 开始匹配（root 默认匹配所有警报），然后根据节点中定义的 Matchers 检测警报与节点是否匹配，匹配则继续往下搜索，默认情况下第一个”最深”的 match (也就是 DFS 回溯之前的最后一个节点)会被返回。特殊情况就是节点配置了 Continue=true，这时假如这个节点匹配上了，那不会立即返回，而是继续搜索，用于支持警报发送给多方这种场景（比如”抄送”)

# 深度优先搜索
func (r *Route) Match(lset model.LabelSet) []*Route {
    if !r.Matchers.Match(lset) {
    return nil
    }

    var all []*Route
    for _, cr := range r.Routes {
        // 递归调用子节点的 Match 方法
        matches := cr.Match(lset)

        all = append(all, matches...)

        if matches != nil && !cr.Continue {
          break
        }
    }

    // 假如没有任何节点匹配上，那就匹配根节点
    if len(all) ==0 {
        all = append(all, r)
    }
    return all
}

为什么要设计一个复杂的 Routing Tree 逻辑呢？我们看看 Prometheus 官方的配置例子：为了简化编写，Alertmanager 的设计是根节点的所有参数都会被子节点继承（除非子节点重写了这个参数）

route:
  # 根节点的警报会发送给默认的接收组
  # 该节点中的警报会按’cluster’和’alertname’做 Group，每个分组中最多每5分钟发送一条警报，同样的警报最多4小时发送一次
  receiver:’default-receiver’
  group_wait: 30s
  group_interval: 5m
  repeat_interval: 4h
  group_by: [cluster, alertname]
  # 没有匹配到子节点的警报，会默认匹配到根节点上
  # 接下来是子节点的配置：
  routes:
    # 所有 service 字段为 mysql 或 cassandra 的警报，会发送到’database-pager’这个接收组
    # 由于继承逻辑，这个节点中的警报仍然是按’cluster’和’alertname’做 Group 的
  - receiver:’database-pager’
    group_wait: 10s
    match_re:
    service: mysql|cassandra
    # 所有 team 字段为 fronted 的警报，会发送到’frontend-pager’这个接收组
    # 很重要的一点是，这个组中的警报是按’product’和’environment’做分组的，因为’frontend’面向用户，更关心哪个’产品’的什么’环境’出问题了
  - receiver:’frontend-pager’
    group_by: [product, environment]
    match:
    team: frontend

总结一下，Routing Tree 的设计意图是让用户能够非常自由地给警报归类，然后根据归类后的类别来配置要发送给谁以及怎么发送：

发送给谁？上面已经做了很好的示例，’数据库警报’和’前端警报’都有特定的接收组，都没有匹配上那么就是’默认警报’, 发送给默认接收组
怎么发送？对于一类警报，有个多个字段来配置发送行为：
- group_by：决定了警报怎么分组，每个 group 只会定时产生一次通知，这就达到了降噪的效果，而不同的警报类别分组方式显然是不一样的，举个例子：
  - 配置中的 ‘数据库警报’ 是按 ‘集群’ 和 ‘规则名’ 分组的，这表明对于数据库警报，我们关心的是“哪个集群的哪个规则出问题了”，比如一个时间段内，’华东’集群产生了10条 ‘API响应时间过长’ 警报，这些警报就会聚合在一个通知里发出来；
  - 配置中的 ‘前端警报’ 是按 ‘产品’ 和 ‘环境’ 分组的，这表明对于前端警报，我们关心的是“哪个产品的哪个环境出问题了”
- group_interval 和 group_wait: 控制分组的细节，不细谈，其中 group_interval 控制了这个分组最快多久执行一次 Notification Pipeline
- repeat_interval: 假如一个相同的警报一直 FIRING，Alertmanager 并不会一直发送警报，而会等待一段时间，这个等待时间就是 repeat_interval，显然，不同类型警报的发送频率也是不一样的

group_interval 和 repeat_interval 的区别会在下文中详述

Notification Pipeline

由 Routing Tree 分组后的警报会触发 Notification Pipeline:

当一个 AlertGroup 新建后，它会等待一段时间（group_wait 参数)，再触发第一次 Notification Pipeline
假如这个 AlertGroup 持续存在，那么之后每隔一段时间（group_interval 参数)，都会触发一次 Notification Pipeline

每次触发 Notification Pipeline，AlertGroup 都会将组内所有的 Alert 作为一个列表传进 Pipeline, Notification Pipeline 本身是一个按照责任链模式设计的接口，MultiStage 这个实现会链式执行所有的 Stage：

// A Stage processes alerts under the constraints of the given context.
type Stage interface {
    Exec(ctx context.Context, l log.Logger, alerts …*types.Alert) (context.Context, []*types.Alert, error)
}

// A MultiStage executes a series of stages sequencially.
type MultiStage []Stage

// Exec implements the Stage interface.
func (ms MultiStage) Exec(ctx context.Context, l log.Logger, alerts …*types.Alert) (context.Context, []*types.Alert, error) {
    var err error
    for _, s := range ms {
        if len(alerts) ==0{
            return ctx, nil, nil
        }

        ctx, alerts, err = s.Exec(ctx, l, alerts…)
        if err != nil {
            return ctx, nil, err
        }
    }
    return ctx, alerts, nil
}

MultiStage 里塞的就是开头架构图里画的 InhibitStage、SilenceStage…这么一条链式处理的流程，这里要提一下，官方的架构图画错了，RoutingStage 其实处在整个 Pipeline 的首位，不过这个顺序并不影响逻辑。要重点说的是DedupStage和NotifySetStage它俩协同负责去重工作，具体做法是：

NotifySetStage 会为发送成功的警报记录一条发送通知，key 是’接收组名字’+’GroupKey 的 key 值’，value 是当前 Stage 收到的 []Alert (这个列表和最开始进入 Notification Pipeline 的警报列表有可能是不同的，因为其中有些 Alert 可能在前置 Stage 中已经被过滤掉了)
DedupStage 中会以’接收组名字’+’GroupKey 的 key 值’为 key 查询通知记录，假如：
- 查询无结果，那么这条通知没发过，为这组警报发送一条通知；
- 查询有结果，那么查询得到已经发送过的一组警报 S，判断当前的这组警报 A 是否为 S 的子集：
  - 假如 A 是 S 的子集，那么表明 A 和 S 重复，这时候要根据 repeat_interval 来决定是否再次发送：
    - 距离 S 的发送时间已经过去了足够久（repeat_interval)，那么我们要再发送一遍；
    - 距离 S 的发送时间还没有达到 repeat_interval，那么为了降低警报频率，触发去重逻辑，这次我们就不发了；
  - 假如 A 不是 S 的子集，那么 A 和 S 不重复，需要再发送一次；上面的表述可能有些抽象，最后表现出来的结果是：
假如一个 AlertGroup 里的警报一直发生变化，那么虽然每次都是新警报，不会被去重，但是由于 group_interval （假设是5分钟）存在，这个 AlertGroup 最多 5 分钟触发一次 Notification Pipeline，因此最多也只会 5 分钟发送一条通知；
假如一个 AlertGroup 里的警报一直不变化，就是那么几条一直 FIRING 着，那么虽然每个 group_interval 都会触发 Notification Pipeline，但是由于 repeate_interval（假设是1小时）存在，因此最多也只会每 1 小时为这个重复的警报发送一条通知；再说一下 Silence 和 Inhibit，两者都是基于用户主动定义的规则的：
Silence Rule：静默规则用来关闭掉部分警报的通知，比如某个性能问题已经修复了，但需要排期上线，那么在上线前就可以把对应的警报静默掉来减少噪音；
Inhibit Rule：抑制规则用于在某类警报发生时，抑制掉另一类警报，比如某个机房宕机了，那么会影响所有上层服务，产生级联的警报洪流，反而会掩盖掉根本原因，这时候抑制规则就有用了；因此 Notification Pipeline 的设计意图就很明确了：通过一系列逻辑（如抑制、静默、去重）来获得更高的警报质量，由于警报质量的维度很多（剔除重复、类似的警报，静默暂时无用的警报，抑制级联警报），因此 Notification Pipeline 设计成了责任链模式，以便于随时添加新的环节来优化警报质量

结语

Alertmanager 整体的设计意图就是奔着治理警报（通知）去的，首先它用 Routing Tree 来帮助用户定义警报的归类与发送逻辑，然后再用 Notification Pipeline 来做抑制、静默、去重以提升警报质量。这些功能虽然不能解决”警报”这件事中所有令人头疼的问题，但确实为我们着手去解决”警报质量”相关问题提供了趁手的工具。

作者：吴叶磊

原文：https://aleiwu.com/post/alertmanager/

搞搞 Prometheus: Alertmanager

Routing Tree

Notification Pipeline

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