MySQL运维与监控之：如何使用`Prometheus`和`Grafana`监控`MySQL`性能指标。

MySQL 运维与监控：Prometheus + Grafana 实战

各位朋友，大家好！今天我们来聊聊MySQL运维中至关重要的一环：性能监控。监控MySQL性能指标，及时发现瓶颈并解决问题，是保障数据库稳定高效运行的关键。而Prometheus和Grafana，正是监控领域的黄金搭档。Prometheus负责数据的采集、存储和查询，Grafana负责数据的可视化展示。

本次讲座将围绕以下几个方面展开：

1. 监控架构概述：了解Prometheus + Grafana监控MySQL的基本架构和原理。
2. MySQL Exporter配置：掌握MySQL Exporter的安装、配置和使用，它是Prometheus采集MySQL指标的桥梁。
3. Prometheus配置：学习如何配置Prometheus以抓取MySQL Exporter暴露的指标。
4. Grafana配置：学习如何在Grafana中配置数据源，创建仪表盘，并可视化MySQL性能指标。
5. 常用监控指标详解：深入了解MySQL常用的监控指标，并学会如何利用这些指标进行性能分析。
6. 告警配置：配置告警规则，及时发现并处理潜在的性能问题。

1. 监控架构概述

Prometheus + Grafana 监控MySQL的架构，可以用下图简单表示：

+---------------------+    +---------------------+    +---------------------+
|       MySQL         |--->|   MySQL Exporter    |--->|     Prometheus      |--->|      Grafana      |
+---------------------+    +---------------------+    +---------------------+    +---------------------+
  (待监控的数据库)        (指标暴露组件)          (数据采集/存储/查询)      (数据可视化)

• MySQL：这是我们需要监控的目标，即MySQL数据库服务器。
• MySQL Exporter：这是一个独立的应用程序，它连接到MySQL服务器，获取各种性能指标，然后以Prometheus可以理解的格式（Metrics）暴露出来。
• Prometheus：Prometheus定期从MySQL Exporter拉取（scrape）这些指标数据，并存储在自己的时间序列数据库中。Prometheus还提供强大的查询语言（PromQL），用于查询和分析这些数据。
• Grafana：Grafana连接到Prometheus，使用PromQL查询Prometheus存储的指标数据，然后以各种图表、表格等形式进行可视化展示。

工作流程如下：

1. MySQL Exporter连接到MySQL服务器，周期性地执行SQL查询，收集各种性能指标。
2. MySQL Exporter将收集到的指标数据，以HTTP接口的形式暴露出来。
3. Prometheus根据配置文件，定期从MySQL Exporter的HTTP接口拉取指标数据。
4. Prometheus将拉取到的指标数据存储在自己的时间序列数据库中。
5. Grafana通过配置数据源，连接到Prometheus。
6. 用户在Grafana中创建仪表盘，使用PromQL查询Prometheus中的数据，并将查询结果以各种图表形式展示出来。

2. MySQL Exporter 配置

MySQL Exporter是连接MySQL和Prometheus的桥梁。它的作用是连接到MySQL，获取性能指标，然后以Prometheus可以抓取的方式暴露出来。

安装MySQL Exporter：

可以直接下载预编译好的二进制文件，也可以使用Docker镜像。这里我们以Docker镜像为例：

docker pull prom/mysqld-exporter:latest

配置MySQL Exporter：

MySQL Exporter需要知道如何连接到MySQL数据库。这可以通过环境变量或者配置文件来完成。推荐使用配置文件，更易于管理。

1. 创建配置文件mysqld_exporter.cnf:

   [client]
   user     = exporter
   password = your_exporter_password
   host     = 127.0.0.1
   port     = 3306

   注意：

   • 需要创建一个专门用于监控的MySQL用户，并授予其必要的权限。
   • exporter用户只需要PROCESS, REPLICATION CLIENT, SELECT ON performance_schema.*权限即可。

2. 创建MySQL用户并授权：

   CREATE USER 'exporter'@'%' IDENTIFIED BY 'your_exporter_password';
   GRANT PROCESS, REPLICATION CLIENT, SELECT ON performance_schema.* TO 'exporter'@'%';
   FLUSH PRIVILEGES;

3. 运行MySQL Exporter Docker容器：

   docker run -d 
     --name mysqld-exporter 
     --network="host"  #使用host网络模式，简化网络配置
     -v /path/to/your/mysqld_exporter.cnf:/etc/mysqld_exporter.cnf 
     prom/mysqld-exporter:latest 
     --config.my-cnf=/etc/mysqld_exporter.cnf

   说明：

   • --network="host"： 使用host网络模式，exporter可以直接访问宿主机的MySQL服务。 如果MySQL服务不在本机，需要指定MySQL服务器的IP地址和端口，并且确保exporter可以访问到。
   • -v /path/to/your/mysqld_exporter.cnf:/etc/mysqld_exporter.cnf：将配置文件挂载到容器中。
   • --config.my-cnf=/etc/mysqld_exporter.cnf：指定配置文件的路径。

4. 验证MySQL Exporter是否正常工作：

   打开浏览器，访问http://localhost:9104/metrics (假设MySQL Exporter运行在本地，端口为9104)。如果看到一堆以mysql_开头的指标数据，说明MySQL Exporter已经正常工作。

3. Prometheus 配置

Prometheus需要配置才能从MySQL Exporter抓取指标数据。

1. 编辑Prometheus配置文件 prometheus.yml:

   global:
     scrape_interval:     15s
     evaluation_interval: 15s
   
   scrape_configs:
     - job_name: 'mysql'
       static_configs:
         - targets: ['localhost:9104'] # MySQL Exporter的地址和端口

   说明：

   • scrape_interval：Prometheus抓取数据的频率。
   • job_name：Job的名称，可以自定义。
   • targets：指定要抓取的目标，这里是MySQL Exporter的地址和端口。 如果MySQL Exporter运行在不同的机器上，需要修改为对应的IP地址和端口。

2. 运行Prometheus：

   可以使用Docker镜像或者直接下载二进制文件运行。这里以Docker镜像为例：

   docker run -d 
     --name prometheus 
     -p 9090:9090 
     -v /path/to/your/prometheus.yml:/etc/prometheus/prometheus.yml 
     prom/prometheus:latest 
     --config.file=/etc/prometheus/prometheus.yml

   说明：

   • -p 9090:9090：将Prometheus的9090端口映射到宿主机的9090端口。
   • -v /path/to/your/prometheus.yml:/etc/prometheus/prometheus.yml：将Prometheus配置文件挂载到容器中。
   • --config.file=/etc/prometheus/prometheus.yml：指定配置文件的路径。

3. 验证Prometheus是否正常工作：

   打开浏览器，访问http://localhost:9090。在Prometheus的Web界面中，点击Status -> Targets，可以看到MySQL Exporter的状态。如果状态为UP，说明Prometheus已经成功抓取到MySQL Exporter的指标数据。 如果没有显示UP，检查prometheus.yml中的targets配置是否正确，以及MySQL Exporter是否正常运行。

4. Grafana 配置

Grafana负责数据的可视化展示。我们需要配置Grafana的数据源，连接到Prometheus，然后创建仪表盘，展示MySQL的性能指标。

1. 运行Grafana：

   docker run -d 
     --name grafana 
     -p 3000:3000 
     grafana/grafana:latest

   说明：

   • -p 3000:3000：将Grafana的3000端口映射到宿主机的3000端口。

2. 登录Grafana：

   打开浏览器，访问http://localhost:3000。默认用户名和密码都是admin。登录后，会提示修改密码。

3. 配置数据源：

   • 点击左侧导航栏的Configuration -> Data sources。
   • 点击Add data source。
   • 选择Prometheus。
   • 在HTTP -> URL中，输入Prometheus的地址http://prometheus:9090 (如果Grafana和Prometheus运行在同一个Docker网络中，可以使用容器名称作为主机名。否则，需要使用Prometheus的IP地址)。
   • 点击Save & Test。如果显示Data source is working，说明数据源配置成功。

4. 创建仪表盘：

   • 点击左侧导航栏的+ -> Dashboard。
   • 点击Add new panel。
   • 在Query选项卡中，选择之前配置的Prometheus数据源。
   • 在PromQL输入框中，输入PromQL查询语句，例如mysql_global_status_uptime。
   • 在Visualization选项卡中，选择合适的图表类型，例如Graph。
   • 点击Apply。

   重复以上步骤，添加更多的面板，展示不同的MySQL性能指标。

5. 常用监控指标详解

MySQL Exporter暴露了大量的性能指标。这里列出一些常用的指标，并解释它们的含义和用途。

指标名称	描述	用途
mysql_global_status_uptime	MySQL服务器的运行时间（秒）。	衡量服务器的稳定性。如果uptime经常重置，说明服务器经常重启，需要排查原因。
mysql_global_status_threads_connected	当前连接到MySQL服务器的客户端线程数。	监控并发连接数。如果连接数过高，可能导致服务器性能下降。需要优化SQL语句，减少连接数，或者增加服务器资源。
mysql_global_status_questions_total	服务器接收到的查询总数。	衡量服务器的负载。可以结合uptime计算每秒查询数（QPS）。
mysql_global_status_slow_queries	执行时间超过long_query_time的查询数量。	监控慢查询。慢查询是导致服务器性能下降的主要原因之一。需要分析慢查询日志，优化SQL语句，或者增加索引。
mysql_global_status_bytes_received	服务器接收到的字节数。	监控网络流量。
mysql_global_status_bytes_sent	服务器发送的字节数。	监控网络流量。
mysql_global_status_innodb_rows_read	InnoDB存储引擎读取的行数。	衡量InnoDB存储引擎的读取负载。
mysql_global_status_innodb_rows_written	InnoDB存储引擎写入的行数。	衡量InnoDB存储引擎的写入负载。
mysql_global_status_innodb_buffer_pool_pages_total	InnoDB buffer pool的总页数。	监控InnoDB buffer pool的容量。
mysql_global_status_innodb_buffer_pool_pages_free	InnoDB buffer pool中空闲的页数。	监控InnoDB buffer pool的利用率。如果空闲页数过少，说明buffer pool不足，需要增加innodb_buffer_pool_size。
mysql_global_status_innodb_buffer_pool_read_requests	从InnoDB buffer pool读取数据的请求数。	衡量InnoDB buffer pool的读取负载。
mysql_global_status_innodb_buffer_pool_reads	从磁盘读取数据的请求数（buffer pool miss）。	衡量InnoDB buffer pool的命中率。如果mysql_global_status_innodb_buffer_pool_reads / mysql_global_status_innodb_buffer_pool_read_requests 比例较高，说明buffer pool命中率较低，需要增加innodb_buffer_pool_size。
mysql_slave_status_seconds_behind_master	主从复制延迟的时间（秒）。	监控主从复制延迟。如果延迟过高，可能导致数据不一致。需要优化主从复制配置，或者增加服务器资源。

PromQL 示例：

• 查询MySQL的CPU使用率（需要安装Node Exporter）：

  (1 - avg(irate(node_cpu_seconds_total{instance="your_mysql_server_ip:9100",mode="idle"}[5m]))) * 100

• 计算每秒查询数 (QPS):

  rate(mysql_global_status_questions_total[1m])

• 计算InnoDB buffer pool的命中率:

  1 - (rate(mysql_global_status_innodb_buffer_pool_reads[1m]) / rate(mysql_global_status_innodb_buffer_pool_read_requests[1m]))

6. 告警配置

监控的最终目的是及时发现问题并解决问题。配置告警规则，可以在指标超出预设阈值时，自动发送告警通知。

Prometheus Alertmanager 是一个处理告警的组件。它接收来自 Prometheus 的告警，然后根据配置的规则，发送告警通知。

1. 配置Prometheus告警规则：

   在 prometheus.yml 文件中，添加 rule_files 配置项，指定告警规则文件的路径。

   rule_files:
     - /path/to/your/alert.rules.yml

2. 创建告警规则文件 alert.rules.yml:

   groups:
   - name: mysql_alerts
     rules:
     - alert: MySQLHighCPUUsage
       expr: (1 - avg(irate(node_cpu_seconds_total{instance="your_mysql_server_ip:9100",mode="idle"}[5m]))) * 100 > 80
       for: 5m
       labels:
         severity: critical
       annotations:
         summary: "MySQL CPU 使用率过高"
         description: "MySQL CPU 使用率超过 80%，请检查。"
   
     - alert: MySQLSlowQueries
       expr: rate(mysql_global_status_slow_queries[5m]) > 10
       for: 5m
       labels:
         severity: warning
       annotations:
         summary: "MySQL 慢查询过多"
         description: "MySQL 慢查询数量超过 10/分钟，请检查慢查询日志。"
   
     - alert: MySQLReplicationLag
       expr: mysql_slave_status_seconds_behind_master > 300
       for: 5m
       labels:
         severity: critical
       annotations:
         summary: "MySQL 主从复制延迟过高"
         description: "MySQL 主从复制延迟超过 300 秒，请检查。"
   

   说明：

   • alert：告警的名称。
   • expr：告警触发的条件，使用PromQL表达式。
   • for：告警持续的时间。只有当告警条件持续满足一段时间后，才会触发告警。
   • labels：告警的标签，可以用于告警路由。
   • annotations：告警的注释，包含告警的摘要和描述。

3. 配置Alertmanager：

   • 下载Alertmanager：

     wget https://github.com/prometheus/alertmanager/releases/download/v0.26.0/alertmanager-0.26.0.linux-amd64.tar.gz
     tar -xzf alertmanager-0.26.0.linux-amd64.tar.gz
     cd alertmanager-0.26.0.linux-amd64

   • 创建 Alertmanager 配置文件 alertmanager.yml：

     global:
       resolve_timeout: 5m
     
     route:
       group_by: ['alertname']
       group_wait: 30s
       group_interval: 5m
       repeat_interval: 12h
       receiver: 'web.hook'
     
     receivers:
     - name: 'web.hook'
       webhook_configs:
       - url: 'http://your_alert_receiver_endpoint' # 修改为你的告警接收端点，例如企业微信群机器人，邮件服务器等

   • 启动Alertmanager：

     ./alertmanager --config.file=alertmanager.yml

   • 在Prometheus配置文件 prometheus.yml 中，配置 Alertmanager 的地址：

     alerting:
       alertmanagers:
       - static_configs:
         - targets:
           - localhost:9093 # Alertmanager的地址

     重启 Prometheus 使配置生效。

   说明：

   • global：全局配置。
   • route：路由配置，定义如何处理告警。
     • group_by：按照哪些标签分组告警。
     • group_wait：等待多久才发送告警。
     • group_interval：多久发送一次分组告警。
     • repeat_interval：多久重复发送告警。
     • receiver：指定告警接收器。
   • receivers：告警接收器配置，定义如何发送告警。
     • name：接收器的名称。
     • webhook_configs：Webhook配置，指定告警接收端点的URL。可以配置多个Webhook，将告警发送到不同的地方。
     • 可以配置邮件、企业微信、钉钉等多种告警方式。

4. 测试告警：

   可以通过手动调整MySQL服务器的负载，或者修改Prometheus告警规则，触发告警。

总结： 监控是保障数据库稳定运行的基石

今天我们学习了如何使用Prometheus和Grafana监控MySQL性能指标。通过合理的配置和使用，可以及时发现并解决潜在的性能问题，保障数据库的稳定高效运行。当然，这只是监控的开始，需要不断学习和实践，才能更好地掌握监控技术，提升运维能力。

希望本次讲座对大家有所帮助！