前言

上一期主要介紹Kubernetes日志輸出的一些注意事項，日志輸出最終的目的還是做統(tǒng)一的采集和分析。在Kubernetes中，日志采集和普通虛擬機的方式有很大不同，相對實現難度和部署代價也略大，但若使用恰當則比傳統(tǒng)方式自動化程度更高、運維代價更低。

Kubernetes日志采集難點

在Kubernetes中，日志采集相比傳統(tǒng)虛擬機、物理機方式要復雜很多，最根本的原因是Kubernetes把底層異常屏蔽，提供更加細粒度的資源調度，向上提供穩(wěn)定、動態(tài)的環(huán)境。因此日志采集面對的是更加豐富、動態(tài)的環(huán)境，需要考慮的點也更加的多。

例如：

對于運行時間很短的Job類應用，從啟動到停止只有幾秒的時間，如何保證日志采集的實時性能夠跟上而且數據不丟？

K8s一般推薦使用大規(guī)格節(jié)點，每個節(jié)點可以運行10-100+的容器，如何在資源消耗盡可能低的情況下采集100+的容器？

在K8s中，應用都以yaml的方式部署，而日志采集還是以手工的配置文件形式為主，如何能夠讓日志采集以K8s的方式進行部署？

?Kubernetes傳統(tǒng)方式

日志種類	文件、stdout、宿主機文件、journal	文件、journal
日志源	業(yè)務容器、系統(tǒng)組件、宿主機	業(yè)務、宿主機
采集方式	Agent（Sidecar、DaemonSet）、直寫（DockerEngine、業(yè)務）	Agent、直寫
單機應用數	10-100	1-10
應用動態(tài)性	高	低
節(jié)點動態(tài)性	高	低
采集部署方式	手動、Yaml	手動、自定義

采集方式：主動 or 被動

日志的采集方式分為被動采集和主動推送兩種，在K8s中，被動采集一般分為Sidecar和DaemonSet兩種方式，主動推送有DockerEngine推送和業(yè)務直寫兩種方式。

• DockerEngine本身具有LogDriver功能，可通過配置不同的LogDriver將容器的stdout通過DockerEngine寫入到遠端存儲，以此達到日志采集的目的。這種方式的可定制化、靈活性、資源隔離性都很低，一般不建議在生產環(huán)境中使用。
• 業(yè)務直寫是在應用中集成日志采集的SDK，通過SDK直接將日志發(fā)送到服務端。這種方式省去了落盤采集的邏輯，也不需要額外部署Agent，對于系統(tǒng)的資源消耗最低，但由于業(yè)務和日志SDK強綁定，整體靈活性很低，一般只有日志量極大的場景中使用。
• DaemonSet方式在每個node節(jié)點上只運行一個日志agent，采集這個節(jié)點上所有的日志。DaemonSet相對資源占用要小很多，但擴展性、租戶隔離性受限，比較適用于功能單一或業(yè)務不是很多的集群。
• Sidecar方式為每個POD單獨部署日志agent，這個agent只負責一個業(yè)務應用的日志采集。Sidecar相對資源占用較多，但靈活性以及多租戶隔離性較強，建議大型的K8S集群或作為PAAS平臺為多個業(yè)務方服務的集群使用該方式。

總結下來：DockerEngine直寫一般不推薦；業(yè)務直寫推薦在日志量極大的場景中使用；DaemonSet一般在中小型集群中使用；Sidecar推薦在超大型的集群中使用。詳細的各種采集方式對比如下：

?DockerEngine業(yè)務直寫DaemonSet方式Sidecar方式

采集日志類型	標準輸出	業(yè)務日志	標準輸出+部分文件	文件
部署運維	低，原生支持	低，只需維護好配置文件即可	一般，需維護DaemonSet	較高，每個需要采集日志的POD都需要部署sidecar容器
日志分類存儲	無法實現	業(yè)務獨立配置	一般，可通過容器/路徑等映射	每個POD可單獨配置，靈活性高
多租戶隔離	弱	弱，日志直寫會和業(yè)務邏輯競爭資源	一般，只能通過配置間隔離	強，通過容器進行隔離，可單獨分配資源
支持集群規(guī)模	本地存儲無限制，若使用syslog、fluentd會有單點限制	無限制	取決于配置數	無限制
資源占用	低，docker
engine提供	整體最低，省去采集開銷	較低，每個節(jié)點運行一個容器	較高，每個POD運行一個容器
查詢便捷性	低，只能grep原始日志	高，可根據業(yè)務特點進行定制	較高，可進行自定義的查詢、統(tǒng)計	高，可根據業(yè)務特點進行定制
可定制性	低	高，可自由擴展	低	高，每個POD單獨配置
耦合度	高，與DockerEngine強綁定，修改需要重啟DockerEngine	高，采集模塊修改/升級需要重新發(fā)布業(yè)務	低，Agent可獨立升級	一般，默認采集Agent升級對應Sidecar業(yè)務也會重啟（有一些擴展包可以支持Sidecar熱升級）
適用場景	測試、POC等非生產場景	對性能要求極高的場景	日志分類明確、功能較單一的集群	大型、混合型、PAAS型集群

?

日志輸出：Stdout or 文件

和虛擬機/物理機不同，K8s的容器提供標準輸出和文件兩種方式。在容器中，標準輸出將日志直接輸出到stdout或stderr，而DockerEngine接管stdout和stderr文件描述符，將日志接收后按照DockerEngine配置的LogDriver規(guī)則進行處理；日志打印到文件的方式和虛擬機/物理機基本類似，只是日志可以使用不同的存儲方式，例如默認存儲、EmptyDir、HostVolume、NFS等。

雖然使用Stdout打印日志是Docker官方推薦的方式，但大家需要注意這個推薦是基于容器只作為簡單應用的場景，實際的業(yè)務場景中我們還是建議大家盡可能使用文件的方式，主要的原因有以下幾點：

Stdout性能問題，從應用輸出stdout到服務端，中間會經過好幾個流程（例如普遍使用的JSON LogDriver）：應用stdout -> DockerEngine -> LogDriver -> 序列化成JSON -> 保存到文件 -> Agent采集文件 -> 解析JSON -> 上傳服務端。整個流程相比文件的額外開銷要多很多，在壓測時，每秒10萬行日志輸出就會額外占用DockerEngine 1個CPU核。

Stdout不支持分類，即所有的輸出都混在一個流中，無法像文件一樣分類輸出，通常一個應用中有AccessLog、ErrorLog、InterfaceLog（調用外部接口的日志）、TraceLog等，而這些日志的格式、用途不一，如果混在同一個流中將很難采集和分析。

Stdout只支持容器的主程序輸出，如果是daemon/fork方式運行的程序將無法使用stdout。

文件的Dump方式支持各種策略，例如同步/異步寫入、緩存大小、文件輪轉策略、壓縮策略、清除策略等，相對更加靈活。

因此我們建議線上應用使用文件的方式輸出日志，Stdout只在功能單一的應用或一些K8s系統(tǒng)/運維組件中使用。

CICD集成：Logging Operator

Kubernetes提供了標準化的業(yè)務部署方式，可以通過yaml（K8s API）來聲明路由規(guī)則、暴露服務、掛載存儲、運行業(yè)務、定義縮擴容規(guī)則等，所以Kubernetes很容易和CICD系統(tǒng)集成。而日志采集也是運維監(jiān)控過程中的重要部分，業(yè)務上線后的所有日志都要進行實時的收集。

原始的方式是在發(fā)布之后手動去部署日志采集的邏輯，這種方式需要手工干預，違背CICD自動化的宗旨；為了實現自動化，有人開始基于日志采集的API/SDK包裝一個自動部署的服務，在發(fā)布后通過CICD的webhook觸發(fā)調用，但這種方式的開發(fā)代價很高。

在Kubernetes中，日志最標準的集成方式是以一個新資源注冊到Kubernetes系統(tǒng)中，以Operator（CRD）的方式來進行管理和維護。在這種方式下，CICD系統(tǒng)不需要額外的開發(fā)，只需在部署到Kubernetes系統(tǒng)時附加上日志相關的配置即可實現。

Kubernetes日志采集方案

早在Kubernetes出現之前，我們就開始為容器環(huán)境開發(fā)日志采集方案，隨著K8s的逐漸穩(wěn)定，我們開始將很多業(yè)務遷移到K8s平臺上，因此也基于之前的基礎專門開發(fā)了一套K8s上的日志采集方案。主要具備的功能有：

支持各類數據的實時采集，包括容器文件、容器Stdout、宿主機文件、Journal、Event等；

支持多種采集部署方式，包括DaemonSet、Sidecar、DockerEngine LogDriver等；

支持對日志數據進行富化，包括附加Namespace、Pod、Container、Image、Node等信息；

穩(wěn)定、高可靠，基于阿里自研的Logtail采集Agent實現，目前全網已有幾百萬的部署實例；

基于CRD進行擴展，可使用Kubernetes部署發(fā)布的方式來部署日志采集規(guī)則，與CICD完美集成。

安裝日志采集組件

目前這套采集方案已經對外開放，我們提供了一個Helm安裝包，其中包括Logtail的DaemonSet、AliyunlogConfig的CRD聲明以及CRD Controller，安裝之后就能直接使用DaemonSet采集以及CRD配置了。安裝方式如下：

阿里云Kubernetes集群在開通的時候可以勾選安裝，這樣在集群創(chuàng)建的時候會自動安裝上述組件。如果開通的時候沒有安裝，則可以手動安裝。

如果是自建的Kubernetes，無論是在阿里云上自建還是在其他云或者是線下，也可以使用這樣采集方案，具體安裝方式參考[自建Kubernetes安裝]()。

安裝好上述組件之后，Logtail和對應的Controller就會運行在集群中，但默認這些組件并不會采集任何日志，需要配置日志采集規(guī)則來采集指定Pod的各類日志。

采集規(guī)則配置：環(huán)境變量 or CRD

除了在日志服務控制臺上手動配置之外，對于Kubernetes還額外支持兩種配置方式：環(huán)境變量和CRD。

環(huán)境變量是自swarm時代一直使用的配置方式，只需要在想要采集的容器環(huán)境變量上聲明需要采集的數據地址即可，Logtail會自動將這些數據采集到服務端。這種方式部署簡單，學習成本低，很容易上手；但能夠支持的配置規(guī)則很少，很多高級配置（例如解析方式、過濾方式、黑白名單等）都不支持，而且這種聲明的方式不支持修改/刪除，每次修改其實都是創(chuàng)建1個新的采集配置，歷史的采集配置需要手動清理，否則會造成資源浪費。

CRD配置方式是非常符合Kubernetes官方推薦的標準擴展方式，讓采集配置以K8s資源的方式進行管理，通過向Kubernetes部署AliyunLogConfig這個特殊的CRD資源來聲明需要采集的數據。例如下面的示例就是部署一個容器標準輸出的采集，其中定義需要Stdout和Stderr都采集，并且排除環(huán)境變量中包含COLLEXT_STDOUT_FLAG：false的容器。
基于CRD的配置方式以Kubernetes標準擴展資源的方式進行管理，支持配置的增刪改查完整語義，而且支持各種高級配置，是我們極其推薦的采集配置方式。

采集規(guī)則推薦的配置方式

實際應用場景中，一般都是使用DaemonSet或DaemonSet與Sidecar混用方式，DaemonSet的優(yōu)勢是資源利用率高，但有一個問題是DaemonSet的所有Logtail都共享全局配置，而單一的Logtail有配置支撐的上限，因此無法支撐應用數比較多的集群。
上述是我們給出的推薦配置方式，核心的思想是：

一個配置盡可能多的采集同類數據，減少配置數，降低DaemonSet壓力；

核心的應用采集要給予充分的資源，可以使用Sidecar方式；

配置方式盡可能使用CRD方式；

Sidecar由于每個Logtail是單獨的配置，所以沒有配置數的限制，這種比較適合于超大型的集群使用。

實踐1-中小型集群

絕大部分Kubernetes集群都屬于中小型的，對于中小型沒有明確的定義，一般應用數在500以內，節(jié)點規(guī)模1000以內，沒有職能明確的Kubernetes平臺運維。這種場景應用數不會特別多，DaemonSet可以支撐所有的采集配置：

絕大部分業(yè)務應用的數據使用DaemonSet采集方式

核心應用（對于采集可靠性要求比較高，例如訂單/交易系統(tǒng)）使用Sidecar方式單獨采集

實踐2-大型集群

對于一些用作PAAS平臺的大型/超大型集群，一般業(yè)務在1000以上，節(jié)點規(guī)模也在1000以上，有專門的Kubernetes平臺運維人員。這種場景下應用數沒有限制，DaemonSet無法支持，因此必須使用Sidecar方式，整體規(guī)劃如下：

Kubernetes平臺本身的系統(tǒng)組件日志、內核日志相對種類固定，這部分日志使用DaemonSet采集，主要為平臺的運維人員提供服務；

各個業(yè)務的日志使用Sidecar方式采集，每個業(yè)務可以獨立設置Sidecar的采集目的地址，為業(yè)務的DevOps人員提供足夠的靈活性。

原文鏈接
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總結

以上是生活随笔為你收集整理的系列文章：Kubernetes日志采集最佳实践的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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