PrometheusとGrafanaで追求する、より良いアプリケーションの可観測性

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December 14, 23

lifull grafana ログ kuberentes

スライド概要

CloudNative Days Tokyo 2023でのセッション資料

Prometheus、Grafana LokiやGrafana Tempoなどを活用したアプリケーションの可観測性向上の取り組みについてご紹介します。具体的には、SuccessRateの計測とアラートにおける工夫やWeb Vitalsの計測によるパフォーマンス劣化の検知、OpenTelemetryの導入によるトレーサビリティの拡大、LokiとTempoを利用したログトレース連携などアプリケーション可観測性の強化について事例を交えてご紹介します。

株式会社LIFULL

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各ページのテキスト

https://www.lifull.blog/archive/category/KEEL

プラットフォームについて LIFULLの内製PaaS プラットフォームの提供する機能を利⽤するための導⼊補助としてコードジェネレータを配布 manifest apiVersion: keel.lifull.com/v1alpha1 kind: KEELConﬁguration PR metadata: name: &name keelctl-sample spec: … namespaces: コードジェネレータ Alert feature: alert applications: - dashboard - クラスタ上で稼働するアプリケーションの定義ファイル 6 pipeline © LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

コンテンツ「より良いアプリケーションの可観測性」をプラットフォームとして提供しています可観測性の基盤を構築していく上での観点、普及のための観点を事例を交えて紹介します ● ● ● ● 7 可観測性プラットフォームで作る「より良い可観測性」のための体験「より良い可観測性」を⽬指したログ基盤の構築「より良い可観測性」を⼿に⼊れるメトリクス活⽤事例「より良い可観測性」のための分散トレーシング © LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

https://github.com/cncf/tag-observability/blob/main/whitepaper.md

可観測性プラットフォームで作る「より良い可観測性」のための体験 Grafanaを使うと仮定して ● built-inでメジャーなdatasourceが対応 ● シグナル間の連携をサポートする機能 ○ derived Fields (ログ→トレース) ○ tracesToLogsV2 (トレース→ログ) ○ exemplar（メトリクス→トレース） ○ tracesToMetrics（トレース→メトリクス） ref. https://grafana.com/docs/grafana/latest/datasources/ https://grafana.com/blog/2022/08/18/new-in-grafana-9.1-trace-to-metrics-allows-users-to-navigate-from-a-trace-s pan-to-a-selected-data-source/ 9 © LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

10.

11.

12.

[beta]

可観測性プラットフォームで作る「より良い可観測性」のための体験
メトリクス→トレース
exemplarをprometheus metricsに追加
❯ curl -H "Accept: application/openmetrics-text" localhost:8080/metrics
http_request_duration_seconds_bucket{code="200",handler="random",method="get",le="5.0"} 459
# {TraceID="f949aaa6558a9fbfd490b958d0d57d78"} 3.001288709 1.6710666564
…

例）
metricsを利⽤してサービスの50%tileの
latencyを計測し関連するトレースを確
認

12

© LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

13.

14.

15.

「より良い可観測性」を⽬指したログ基盤の構築ログについて「より良い検索体験」を考える http://example.com/path/ {“status”:500,”uri”:”/v1/api/xx x”} {“status”:500,”uri”:”/path/” {“severity”:”Error”,”message”:”upstrea m timed out”} {“severity”:”Error”,”message”:”request failed: /v1/api/xxx”} マイクロサービスを横断してhttp://example.com/path/に関連するログをまとめて閲覧したい 15 © LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

http://example.com/path/

16.

「より良い可観測性」を⽬指したログ基盤の構築分断されたログをつなぐ http://example.com/path/ {“status”:500,”uri”:”/v1/api”,” request-id”:”xyz”} {“status”:500,”uri”:”/path/” ,”request-id”:”xyz”} ”x-request-id”: ”xyz” {“severity”:”Error”,”message”:”upstrea m timed out”,”request-id”:”xyz”} {“severity”:”Error”,”message”:”request failed: /v1/api/xxx”, ”request-id”:”xyz”} マイクロサービスを横断してhttp://example.com/path/に関連するログをまとめて閲覧したい 16 © LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

http://example.com/path/

17.

「より良い可観測性」を⽬指したログ基盤の構築識別⼦を伝播させながらログに埋め込む OpenTelemetryを使ったトレースを推奨していくという決定 context-propagation http instrumentation libraries to automatically propagate trace context across services ref. https://opentelemetry.io/docs/instrumentation/js/propagation/#context-propagation-with-libraries W3C Trace Context ex. transparent header 17 © LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

18.

「より良い可観測性」を⽬指したログ基盤の構築識別⼦を伝播させながらログに埋め込む http://example.com/path/ {“status”:500,”uri”:”/path/” ,”traceparent”:”00-e790f1ab26 a4ec86374a9f418ﬀcc303-f30cbf 1c1bda5e8b-01”} {“status”:500,”uri”:”/v1/api”,” traceparent”:”00-e790f1ab26a 4ec86374a9f418ﬀcc303-f30cbf1 c1bda5e8b-01”} {“severity”:”Error”,”message”:”upstrea m timed out”,”trace_id”:”e790f1ab26a4ec86374a 9f418ﬀcc303”,”span_id”:”75464ae8f310 bdfa”} {“severity”:”Error”,”message”:”request failed: /v1/api/xxx”, ”trace_id”:”e790f1ab26a4ec86374a9f4 18ﬀcc303”,”span_id”:”1d088d3717aaf 2e3”} 18 © LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

http://example.com/path/

19.

20.

「より良い可観測性」を⽬指したログ基盤の構築 Loki運⽤メリット Object StorageにS3を利⽤。コストを抑えて運⽤出来る indexとchunksの両⽅をObject Storageに保存することが出来る Amazon Simple Storage Service (Amazon S3) ref. https://grafana.com/docs/loki/latest/get-started/components/ 20 © LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

https://grafana.com/docs/loki/latest/get-started/components/

21.

「より良い可観測性」を⽬指したログ基盤の構築 Loki運⽤メリットスケーラビリティ write path, read pathごとに負荷に応じて調整可能コスト削減のため深夜帯にはreed pathのコンポーネントの台数を減らすようにして運⽤している ref. https://grafana.com/docs/loki/latest/get-started/components/ 21 © LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

https://grafana.com/docs/loki/latest/get-started/components/

22.

[beta]

「より良い可観測性」を⽬指したログ基盤の構築
Lokiのlabelのレギュレーションを設定
grouping=”kubernetes.[namespace名].[application名]”
※ kubernetesのmetadataとして付与したnamespaceとapplication名を利⽤

横断検索のためのクエリ
{grouping=~”.+”, grouping!~”kubernetes.(default|kube-system|istio-system).*”}
|= “<trace_id>”

明らかに不必要なシステムコンポーネントを除外

22

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23.

[beta]

「より良い可観測性」を⽬指したログ基盤の構築
横断検索のクエリを浸透させる
{grouping=~”.+”, grouping!~”kubernetes.(default|kube-system|istio-system).*”}
|= “<trace_id>”

加えて
●
●

23

Lokiのクエリに対する学習コストを低くする
障害調査などで素早くログを引けるようにしたい

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24.

[beta]

「より良い可観測性」を⽬指したログ基盤の構築
ログへの導線を補助
コードジェネレータ

PR

プラットフォーム関連情報.md
● アクセスログへのリンク
● Lokiのsnippet集

{grouping="kubernetes.sample-namespace.sample"}
| pattern "<raw>"
| json
#| structural_log_status >= 499 or structural_log_status == 0 # 異常なステータスコードのログのみを表⽰する(0はEnvoyにおけるClient Closed
Connection)
#| structural_log_uri =~ "/sample/.*" # URIが/sample/から始まるログのみを表⽰する
#| structural_log_reqtime > 3 # レスポンスタイムが3秒以上のリクエストのみを表⽰する
#| structural_log_ua !~ ".*[bB]ot.*" # UAにBotを含まないログのみを表⽰する
#| stream = "stderr" # 標準エラーのみを表⽰する
#|= "ERROR" # ERRORという⽂字列を含むログのみを表⽰する
| metadata_version =~ "main|canary"
| line_format "[version={{ $.metadata_version }}] [pod={{ $.metadata_pod_name }}] [container={{ $.metadata_container_name }}] [stream={{
$.stream }}]\n{{ $structural_log := index (fromJson $.raw) \"structural_log\" }}{{ if $structural_log }}{{ range $k, $v := $structural_log
}}\033[1;33m{{$k}}\033[0m={{ $v }}\n{{ end }}{{ else }}{{ $.message }}{{ end }}"

24

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25.

26.

27.

「より良い可観測性」を⽬指したログ基盤の構築 OpenTelemetry未対応のアプリケーションへの対応プラットフォーム関連情報.md ● アクセスログへのリンク ● lokiのsnippet集ブラウザ拡張機能対象Podのアクセスログの前後を確認するためのリンクを発⾏（alternative show context） 27 © LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

28.

29.

30.

「より良い可観測性」を⽬指したログ基盤の構築 3つの役割のﬂuentd 1. ﬂuentd-external-router ○ 2. 3. ﬂuentd-processor ○ ログの整形をしたり、Prometheusのメトリクスを作ったりする ○ 各テナント毎に構築 ﬂuentd-aggregator ○ 30 type: LoadBalancerからリクエストされる⼊り⼝、後続のﬂuentdに転送先を決めて送るだけ lokiに転送だけする。back pressureとしての役割も。 © LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

31.

「より良い可観測性」を⽬指したログ基盤の構築 3つの役割のﬂuentd type: LoadBalancer tagに応じて ﬂuentd-processorに転送したり、 ﬂuentd-aggregatorに転送したりする ﬂuentdexternal-router nginx 31 テナント毎に作成し各々必要な処理を⾏う fluentdprocessor fluentdprocessor ﬂuentdprocessor nginx ﬂuentdaggregator © LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

32.

33.

「より良い可観測性」を⼿に⼊れるメトリクス活⽤事例メトリクスをアラートに利⽤ ● ● 33 USEメソッド ○ Utilization: 使⽤率 ○ Saturation: 飽和率 ○ Errors: エラー数例） ActiveなWorker数 / 総Worker数 Backlogに積まれたIn-QueueなConnection数 ECONNREFUSEDが返った数 REDメソッド ○ Requests: リクエスト数 ○ Errors: エラー数 ○ Duration: 実⾏にかかった時間 © LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

34.

35.

36.

[beta]

「より良い可観測性」を⼿に⼊れるメトリクス活⽤事例

out_forward
nginx

plugin

/var/log/containers/*

2023-11-23T04:35:01.025619037Z stdout F
{"x-client-ip":"xxx.xxx.xxx.xxx","size":0,"uri":"/foo?bar=baz","referer":"https://example.com
/","forwardedfor":"xxx.xxx.xxx.xxx,xxx.xxx.xxx.xxx","ua":"Mozilla/5.0 (iPhone; CPU iPhone OS 10_3 like Mac OS X)
AppleWebKit/602.1.50 (KHTML, like Gecko) CriOS/56.0.2924.75 Mobile/14E5239e Sa
fari/602.1","traceparent":"00-5e031fd77a5c4d6a7480e6a1c55e3797-38976629a94401c6-01","time":"2023-11-23T04:35:00.46
8Z","method":"GET","status":200,"host":"xxx.xxx.xxx.xxx","scheme":"http","vhost":"service-foo","reqtime":37,"protocol":"H
TTP/1.1"}

●
●
36

uri, method, statusをlabelにしたメトリクスを作成する
reqtimeからhistogramを作成しavg/50%/90%/99%tileなど計算できるようなメトリクスを作成する
© LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

37.

[beta]

「より良い可観測性」を⼿に⼊れるメトリクス活⽤事例

out_forward
nginx

plugin

/var/log/containers/*

2023-11-23T04:35:01.025619037Z stdout F
{"x-client-ip":"xxx.xxx.xxx.xxx","size":0,"uri":"/foo?bar=baz","referer":"https://example.com
/","forwardedfor":"xxx.xxx.xxx.xxx,xxx.xxx.xxx.xxx","ua":"Mozilla/5.0 (iPhone; CPU iPhone OS 10_3 like Mac OS X)
AppleWebKit/602.1.50 (KHTML, like Gecko) CriOS/56.0.2924.75 Mobile/14E5239e Sa
fari/602.1","traceparent":"00-5e031fd77a5c4d6a7480e6a1c55e3797-38976629a94401c6-01","time":"2023-11-23T04:35:0
0.468Z","method":"GET","status":200,"host":"xxx.xxx.xxx.xxx","scheme":"http","vhost":"service-foo","reqtime":37,"prot
ocol":"HTTP/1.1"}

regexp:
exact_match:
forward_match:
- /foo
- /api/v1/bar
- /api/v1/baz

uriをそのまま利⽤してしまうとcardinalityが⾼くなりすぎるので抽出するuriはリスト形式にして管理

37

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38.

39.

40.

「より良い可観測性」を⼿に⼊れるメトリクス活⽤事例エンドポイントごとのアラートをデプロイパイプラインで利⽤する main canary ● ● 40 Spinnaker Kayenta canaryにデプロイしたい内容を反映させて⼀部のリクエストを流す Spinnaker Kayentaがこのデプロイによって発⽣するエラーがないことを確認できたらmainにも反映する © LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

41.

「より良い可観測性」を⼿に⼊れるメトリクス活⽤事例エンドポイントごとのアラートをデプロイパイプラインで利⽤する ▼mainとcanaryとを⽐較 main 全体のError Rateが5%上昇 canary 以下のエンドポイントのError Rateが0.01%上昇 /important/foo /important/bar /important/baz サービスにとって特に重要なエンドポイントでデプロイ中にエラーが発⽣したら即時切り戻し対象にする 41 © LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

42.

「より良い可観測性」を⼿に⼊れるメトリクス活⽤事例 Lighthouseを使ったCore Web Vitalsの計測 ref. https://developers.google.com/search/docs/appearance/core-web-vitals?hl=ja LCP (Largest Contentful Paint) FID (First Input Delay) CLS (Cumulative Layout Shift) … 42 © LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

https://developers.google.com/search/docs/appearance/core-web-vitals?hl=ja

43.

[beta]

「より良い可観測性」を⼿に⼊れるメトリクス活⽤事例
Lighthouse-exporter
LCP (Largest Contentful Paint)
FID (First Input Delay)
CLS (Cumulative Layout Shift)
…

/metrics

※ 実際はheadlessモード

lighthouse_audit{id="l
argest-contentful-paint
",unit="millisecond",ur
i="https://example.com
/",form_factor="mobile
"} 1300.000
…

# simple usage, required `interval` millisecond
npm start -- --interval 600000 --targets https://example.com/

43

© LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

44.

45.

[beta]

「より良い可観測性」を⼿に⼊れるメトリクス活⽤事例
プラットフォーム上での展開

lighthouseExporter:
enabled: true
interval: 86400
targets:
- https://example.com/

コードジェネレータ

manifest

lighthouse_audit{id="l
argest-contentful-paint
",unit="millisecond",ur
i="https://example.com
/",form_factor="mobile
"} 1300.000
…

プラットフォームを利⽤する
各サービスが定義する設定ファイルに設定

45

© LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

https://example.com/

46.

47.

「より良い可観測性」のための分散トレーシングリクエストを処理するための様々な処理例えば、 ‧ ユーザ認証の呼び出し ‧ DBへのリクエスト ‧ Templateの構築など処理の依存関係を考慮して分析可能にする ref. https://opentelemetry.io/docs/concepts/observability-primer/ 47 分散システムを構築している場合に特に効⼒を発揮しパフォーマンスの問題や原因に導く⼿助けをするもの © LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

https://opentelemetry.io/docs/concepts/observability-primer/

48.

https://opentelemetry.io/docs/collector/

49.

https://opentelemetry.io/docs/collector/

50.

https://opentelemetry.io/docs/concepts/sampling/

51.

「より良い可観測性」のための分散トレーシング Tail based sampling アプリケーションで⽣成した traceを全て送信する送られてきたtraceを利⽤するか利⽤しないか決める全てのtraceをOTEL Collectorなどに送信し /xyz errorが発⽣しているもの status_code: {status_codes: [ERROR]} /abc /abc /abc 51 sampled latencyが⾼いもの sampled など特定の条件でフィルターする latency: {threshold_ms: 5000, upper_threshold_ms: 10000} アプリケーションから全てのデータを送信する必要があるので送信元のCPU,Memory,転送量の増加などに注意する © LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

52.

53.

54.

[beta]

「より良い可観測性」のための分散トレーシング
TraceQL
{ .http.method = “POST”} | count() > 2

http.method: POST

{ span.http.status_code >= 400 && span.http.status_code < 500 }

bad request
ref. https://grafana.com/docs/tempo/latest/traceql/

54

© LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

https://grafana.com/docs/tempo/latest/traceql/

55.

[beta]

「より良い可観測性」のための分散トレーシング
TraceQL
{.service.name="service-a"} >> {.net.peer.name="db.example.com" && .db.operation = "CONNECT" && duration >= 100ms}

●
●

`service-a` を親のspanとしてもつ⼦孫span
データベース db.example.com への接続操作を⾏い、その操作が100ミリ秒より⼤きいspanを特定

親

子

孫

55

db.example.com

© LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

56.

57.

最後により良い可観測性を得るためにPrometheusやGrafanaを利⽤した事例の紹介 ● ● ● Lokiによるログの検索体験向上メトリクスの活⽤事例トレースとの向き合い⽅プラットフォーム提供の視点としても重要な観点 ● ● 利⽤者の優れた体験をデザインする利⽤しやすくスケール可能な環境の提供他にもContinuous ProﬁlingやeBPFなど別の視点からも改善出来る材料は豊富より良いアプリケーションの可観測性を獲得を⽬指す 57 © LIFULL Co., Ltd. 本書の無断転載、複製を固く禁じます。

58.

PrometheusとGrafanaで追求する、より良いアプリケーションの可観測性

株式会社LIFULL

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