Loki Ruler

Nathan.LuNathan.Lu
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書本中 Ch10 圖10-3 提供了 Loki 每個組件的資料依賴關係。 其中 Ruler ，是 Loki v2.32.0 版本後正式提供的組件。能讓使用者從日誌中通過 LogQL 轉變成指標，可以用來觸發警報，或者評估後用來紀錄的指標。

用來觸發警報的稱為 Alerting Rules，而評估後用來紀錄的指標稱為 Recording Rules。

Grafana 雖然能設定直接對 Loki 設置 Alerting，每隔幾秒鐘就會去執行一次 LogQL 的聚合計算，而且儀表板上也可能很多圖表都是從 Loki 進行聚合近算顯示的結果。聚合計算又通常會搭配 json、count_over_time 、unwrap 或者 sum 等對 N 筆日誌進行資料轉型或運算操作。其實都這會耗費 Querier 很多資源。在這些場景下我們要的就只是簡單的指標數值，指標數值的儲存與運算恰好是 Prometheus 擅長的事情，如果我們能將這些資料的儲存與運算的職責交付給它，就能讓 Loki 的資源專注在 Log 的寫入與讀取上。

而且看圖片也能發現 Ruler 並不是對 Querier 進行訪問，而是直接對 Ingester 與持久化儲存進行存取。所以 Ruler 所需的資源就能與 Querier 隔離開來。

LogQL 如下︰

sum by (status) (count_over_time({job="fluentbit"} | json | line_format "{{.log}} {{.container_name}}" | pattern <ip> - - <_> "<method> <uri> <_>" <status> <size> <_> "<agent>" <_> [1m]))

通過 wrk 來壓測執行看看，觀察一下容易的資源使用情況。 wrk -t12 -c500 -d30s -s wrk_script.lua http://localhost:3101

觀察上圖能發現，記憶體與網路吞楚量的使用很多。

這還建立在 Loki 讀寫分離架構的情況下。試想一下，如果單台 Loki 同時在日誌大量的寫入，加上這大量的複雜查詢操作，應該沒有機器能承受得住。

因此如果能把這些從 Log 轉成指標形式的操作，放在適合的後端系統（如 Prometheus），那能使得 Loki 資源能放在寫入日誌以及簡易查詢日誌用。

Ruler Recording Rules 的配置

Ruler 簡易配置最主要的有wal、storage、rule_path、ring、enable_api和remote_write。

範例如下︰

ruler:
  wal:
    dir: /tmp/rules/wal
  storage:
    type: local
    lcaol:
      directory: /etc/loki/rules
  rule_path: /tmp/loki/rules
  ring:
    kvstore:
      sotre: inmemory
  enable_api: true
  remote_write:
    enable: true
    client:
      url: http://prometheus:9090/api/v1/write

storage

用來儲存和存取 Rule 的媒介。內建能使用configdb, azure, gcs, s3, swift, local, bos, cos。

local 的話就是看自定義的 rules 檔案能從哪裡給 Ruler 取得並加載到記憶體中生成對應的程式物件來執行。

rule_path

Ruler 有提供 HTTP API 能動態新增或刪減 Rules。

POST /loki/api/v1/rules/{namespace}DELETE /loki/api/v1/rules/{namespace}/{groupName}DELETE /loki/api/v1/rules/{namespace}

Ruler 若配置的是 localstorage 將無法動態新增刪除 rules。所以這次範例改用 AWS s3 示範。 新增的規則通常用於臨時新增或實驗用。但最後還是要寫成 Rules 檔案持久化，才能作到版本控制。

更詳細的 HTTP API 能參考 Loki HTTP API

enable_api

則是啟用 Ruler HTTP API。預設是true。

wal

Ruler 計算時生成的暫時資料。當 Ruler 崩潰時，並保證重啟後資料不會遺失，並且可以恢復運行中的狀態。

dir

指定用於儲存多租戶 WAL 文件的目錄。每個租戶將在此目錄下有自己的子目錄。

min_age/max_age

設置樣本在WAL中存在的最小/最大時間，只有超過這個時間的樣本才會被截斷。以確保WAL文件不會無限增長並佔用過多儲存空間。

remote_write

用來將指標寫入到指定的 Prometheus。

client

Prometheus remote-write endpoint

add_org_id_header

用於多租戶場景，會在 header 中攜帶 X-Scope-OrgID 的資訊。

ring

Ruler 配置成 Cluster 場景才有實際作用。有機會在深入講解。

Rules

Prometheus 也有 Alerting rules的功能，所以網站上有文件與範例。

而 Loki Rules 也是仿照這格式。

group

groups:
  [ - <rule_group> ]

rule_group

# The name of the group. Must be unique within a file.
name: <string>

[ interval: <duration> | default = global.evaluation_interval ]

[ limit: <int> | default = 0 ]

[ query_offset: <duration> | default = global.rule_query_offset ]

rules:
  [ - <rule> ... ]

rule

# The name of the time series to output to. Must be a valid metric name.
record: <string>

# The PromQL expression to evaluate. 
expr: <string>

# Labels to add or overwrite before storing the result.
labels:
  [ <labelname>: <labelvalue> ]

valid metric name 這是蠻重要的訊息，不然的話在某些 PromQL 操作時會出現以下警告提示metric might not be a counter, name does not end in _total/_sum/_bucket。

rule naming

rule 的命名格式是level:metric:operations。level、metric 和 operations 是非常重要的組成部分。這些組成部分確保了規則名稱的一致性和可讀性，使其在大規模系統中更容易管理和理解。

level

level 代表規則輸出結果的聚合層級和標籤。它指的是指標數據在某個特定層級上的聚合狀態，例如 instance（實例）、path（路徑）或 job（作業）。這些層級標籤能幫助你理解數據的來源以及它們的聚合方式。

實例層級：instance 標籤通常用於區分不同的服務實例。例如，instance_path:requests:rate5m 表示按實例和路徑聚合的每五分鐘請求速率。

路徑層級：path 標籤用於按路徑聚合數據。例如，path:requests:rate5m 表示按路徑聚合的每五分鐘請求速率。

作業層級：job 標籤則用於按作業（整個應用或服務）聚合數據。例如，job:request_failures_per_requests:ratio_rate5m 表示按作業聚合的請求失敗率。

metric

metric 是指標名稱，它應保持不變，除了在使用 rate() 或 irate() 時去除計數器的 _total 後綴。這樣做的目的是使指標名稱更加簡潔和一致，便於理解和查找。

保持一致性：指標名稱保持不變，確保我們能夠輕鬆地識別和理解指標。例如，requests_total 使用 rate() 計算後，去除 _total，變為 requests，這樣可以避免冗長的名稱並保持一致性。

  • _total 用於計數器（Counter），表示累積總量。計數器通常會隨時間不斷增加，因此在使用 rate() 或 irate() 計算速率時，需要去除 _total 後綴。例如，http_requests_total 使用 rate() 後變為 http_requests。
- record: instance:http_requests:rate5m
  expr: rate(http_requests_total{job="myjob"}[5m])
  • _sum 用於累積總和（例如，Summary 和 Histogram），表示總和數據。累積總和指標也可以與 rate() 或 irate() 一起使用，但不需要去除 _sum 後綴，因為它表示的是累積總和數據。例如，http_request_duration_seconds_sum 可以用來計算平均值。
- record: instance:http_request_duration_seconds:mean5m
  expr: |2
      rate(http_request_duration_seconds_sum{job="myjob"}[5m])
    /
      rate(http_request_duration_seconds_count{job="myjob"}[5m])
  • _bucket 用於直方圖（Histogram），表示分佈區間的計數。直方圖中的 _bucket 後綴表示的是數據分佈在不同區間的計數，可以用來計算每個區間的速率。例如，http_request_duration_seconds_bucket 用於表示 HTTP 請求持續時間的分佈區間。
- record: instance:http_request_duration_seconds_bucket:rate5m
  expr: rate(http_request_duration_seconds_bucket{job="myjob"}[5m])

operations

operations 是應用於指標的一系列操作，最新的操作放在命名最前面。這些操作描述了如何從原始數據計算出最終的指標值。

操作順序：操作的順序從最新到最舊。例如，requests:rate5m 表示對 requests 指標計算五分鐘速率的操作，其中 rate5m 是最新的操作。 常見操作：

  • rate()：計算速率。例如，rate(requests_total[5m]) 表示計算每五分鐘的請求速率。

  • sum()：求和。例如，sum without (instance)(requests) 表示對所有實例的請求數據求和。

  • mean()：計算平均值。例如，mean(request_latency_seconds_sum{job="myjob"}) 表示計算特定作業的平均請求延遲。

例如︰

  1. 聚合每秒請求數
- record: instance_path:requests:rate5m
  expr: rate(requests_total{job="myjob"}[5m])

這條記錄規則的名稱是 instance_path:requests:rate5m：

level 是 instance_path，表示按實例和路徑聚合。 metric 是 requests，從 requests_total 中去掉了 _total 後綴。 operations 是 rate5m，表示計算五分鐘內的速率。

  1. 計算請求失敗率
- record: instance_path:request_failures_per_requests:ratio_rate5m
  expr: |2
      instance_path:request_failures:rate5m{job="myjob"}
    /
      instance_path:requests:rate5m{job="myjob"}

這條記錄規則的名稱是 instance_path:request_failures_per_requests:ratio_rate5m：

level 是 instance_path，表示按實例和路徑聚合。 metric 是 request_failures_per_requests，表示請求失敗的比率。 operations 是 ratio_rate5m，表示計算五分鐘內的比率。

|2

| 是 YAML 的多行字串的用法，而 2 則表示每行都縮排空格數量為2。

參考 best practices for naming metrics created by recording rules

以下是一個Nginx rule 的群組。裡面包含2條rule。

groups:
  - name: NginxRules
    interval: 1m
    rules:
      - record: nginx:requests:rate1m
        expr: |
          sum(
            rate({container="nginx"}[1m])
          )
        labels:
          cluster: "us-central1"
      - record: nginx:error:sum1h
        expr: |
          sum(
            count_over_time({container="nginx"} | json | status >= 400 [1h])
          )
        labels:
          cluster: "us-central1"

Demo

讓我們在ch10/loki_ruler下執行docker compose up -d，然後執行以下命令以新增以下的 rule 於 Loki Ruler 中。 這些 HTTP API 在有簡單提到。

curl --location 'http://localhost:3100/loki/api/v1/rules/tenant1' \
--header 'X-Scope-OrgID: tenant1' \
--header 'Content-Type: application/yaml' \
--data 'name: nginx_rules
interval: 5s
rules:
  - record: nginx:status_total:count1m
    expr: sum by (status) (count_over_time({job="fluentbit"} | json  | line_format "{{.log}} {{.container_name}}" | pattern `<ip> - - <_> "<method> <uri> <_>" <status> <size> <_> "<agent>" <_>` [1m]))
    labels:
  - record: scalar
    expr: 10
    labels:
        soure: "static"'

建立成功會取得以下結果。

http status : 202
{
    "status": "success",
    "data": null,
    "errorType": "",
    "error": ""
}

然後能通過以下命令來確認是否rule新增成功。

curl --location 'http://localhost:3100/loki/api/v1/rules/tenant1' \
--header 'X-Scope-OrgID: tenant1' \
--data ''

會取得這樣樣回傳結果

tenant1:
    - name: nginx_rules
      interval: 5s
      rules:
        - record: nginx:status_total:count1m
          expr: sum by (status) (count_over_time({job="fluentbit"} | json  | line_format "{{.log}} {{.container_name}}" | pattern `<ip> - - <_> "<method> <uri> <_>" <status> <size> <_> "<agent>" <_>` [1m]))
        - record: scalar
          expr: "10"
          labels:
            soure: static

接著來到 Prometheus WebUI 就能看到剛剛新增的兩個指標了nginx:status_total:count1m與scalar。這樣我們就能進行最早的實驗。執行以下wrk命令來產生大量對nginx的請求。 wrk -t12 -c400 -d30s -s wrk_nginx_script.lua http://localhost:8000

一樣的效果改成從 Prometheus 撈取資料顯示。

Loki_reader 的資源相較之前也降低非常的多。因為它只需要定期的去撈取日誌並計算就好。

最主要的是指標的資料大小是遠小於日誌的。這在雲端上像是 S3 或一些服務都以流量計費的，會省非常多，且不用吃到太多Loki主機的資源。

原文來自OpenTelemetry 入門指南︰建立全面可觀測性架構

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