MySQL性能诊断与调优之：MySQL的Metrics Exporter：其在Prometheus中的指标采集
大家好，今天我们来聊聊MySQL性能诊断与调优中一个非常重要的工具：MySQL Metrics Exporter，以及它在Prometheus监控体系中的应用。在复杂的生产环境中，仅仅依靠肉眼观察和手动执行SQL语句来诊断MySQL性能问题是远远不够的。我们需要一个自动化、可扩展的监控方案，而Prometheus + MySQL Metrics Exporter 正是为此而生。
1. 监控的重要性与挑战
在讨论具体的技术细节之前，我们先来明确一下监控的重要性。一个健康的MySQL数据库对整个应用的稳定性和性能至关重要。通过监控，我们可以：
- 早期发现问题： 及时发现潜在的性能瓶颈，避免故障发生。
- 快速定位问题： 在问题发生时，迅速找到问题的根源，缩短故障恢复时间。
- 优化性能： 通过数据分析，找出需要优化的环节，提升数据库性能。
- 容量规划： 预测未来的资源需求，合理规划硬件资源。
然而，MySQL的监控也面临一些挑战：
- 数据量大： MySQL会产生大量的性能数据，如何有效地采集、存储和分析这些数据是一个挑战。
- 数据分散： 性能数据分散在不同的地方，例如系统表、慢查询日志等，需要统一的采集和处理。
- 监控维度多： 需要监控的指标很多，包括CPU、内存、磁盘IO、连接数、查询性能等，需要全面覆盖。
- 实时性要求高： 对于一些关键指标，例如连接数、QPS等，需要实时监控，以便及时响应。
2. Prometheus与监控架构
Prometheus 是一个开源的系统监控和警报工具包。它的主要特点包括：
- 多维数据模型： 通过指标名称和键值对形式的标签来标识时间序列数据。
- PromQL： 一种强大的查询语言，可以灵活地查询和聚合监控数据。
- 服务发现： 可以自动发现需要监控的目标。
- 告警： 可以根据监控数据设置告警规则，并在满足条件时触发告警。
在Prometheus监控体系中，我们需要一个组件来负责从MySQL中采集数据，并将数据转换为Prometheus可以理解的格式。这就是 MySQL Metrics Exporter 的作用。
一个典型的Prometheus + MySQL Metrics Exporter监控架构如下：
+-----------------+ +---------------------+ +-------------------+
| MySQL Server |----->| MySQL Metrics Exporter|----->| Prometheus Server |
+-----------------+ +---------------------+ +-------------------+
^
|
|
+-------------------------------------+
| MySQL Configuration |
+-------------------------------------+MySQL Metrics Exporter 定期连接到 MySQL 服务器，执行预定义的查询，获取性能数据，并将数据转换为 Prometheus 的 metrics 格式。 Prometheus 定期从 MySQL Metrics Exporter 中抓取数据，并将数据存储在自己的时序数据库中。我们可以使用 PromQL 查询这些数据，并使用 Grafana 等工具进行可视化展示。
3. MySQL Metrics Exporter：选择与配置
目前有多个 MySQL Metrics Exporter 可供选择，其中比较流行的包括：
- Percona Monitoring and Management (PMM)： PMM 是一个全面的 MySQL 监控解决方案，它包含了 MySQL Metrics Exporter，并提供了完善的监控面板和告警规则。
- mysqld_exporter (prometheus/mysqld_exporter)： 这是一个官方的 MySQL Metrics Exporter，由 Prometheus 社区维护。它只专注于采集 MySQL 的 metrics，功能相对简单，但性能很高。
这里我们选择 mysqld_exporter 来进行讲解，因为它是一个轻量级、易于配置和部署的解决方案。
3.1 安装 mysqld_exporter
可以直接从 Prometheus 官方仓库下载预编译的二进制文件：
wget https://github.com/prometheus/mysqld_exporter/releases/download/v0.15.0/mysqld_exporter-0.15.0.linux-amd64.tar.gz
tar -xvf mysqld_exporter-0.15.0.linux-amd64.tar.gz
cd mysqld_exporter-0.15.0.linux-amd643.2 配置 MySQL 用户
为了让 mysqld_exporter 可以连接到 MySQL 服务器，我们需要创建一个专门用于监控的用户，并授予其必要的权限。
CREATE USER 'exporter'@'%' IDENTIFIED BY 'your_password';
GRANT PROCESS, REPLICATION CLIENT, SELECT ON *.* TO 'exporter'@'%';
FLUSH PRIVILEGES;CREATE USER: 创建一个名为exporter的用户，允许从任何主机连接 ('%')。IDENTIFIED BY: 设置用户的密码。GRANT: 授予用户必要的权限。PROCESS: 允许查看服务器进程信息。REPLICATION CLIENT: 允许监控复制状态。SELECT ON *.*: 允许读取所有数据库和表的数据，这是必须的，exporter 需要读取系统表来获取指标。
FLUSH PRIVILEGES: 刷新权限，使更改生效。
3.3 配置 mysqld_exporter
mysqld_exporter 可以通过命令行参数或者配置文件进行配置。这里我们使用命令行参数进行配置：
./mysqld_exporter --web.listen-address=":9104" --datasource.url="exporter:your_password@(localhost:3306)/"--web.listen-address: 指定mysqld_exporter监听的地址和端口。这里我们监听9104端口。--datasource.url: 指定连接 MySQL 服务器的 URL。格式为user:password@(host:port)/。
3.4 测试 mysqld_exporter
启动 mysqld_exporter 后，可以通过浏览器访问 http://localhost:9104/metrics 来查看采集到的 metrics。
3.5 使用配置文件
为了更好的管理配置，推荐使用配置文件。创建一个名为 mysqld_exporter.cnf 的文件，内容如下：
[client]
user = exporter
password = your_password
host = localhost
port = 3306然后使用以下命令启动 mysqld_exporter：
./mysqld_exporter --web.listen-address=":9104" --config.my-cnf=mysqld_exporter.cnf4. Prometheus配置与数据抓取
配置好 mysqld_exporter 后，我们需要配置 Prometheus 来抓取数据。编辑 Prometheus 的配置文件 prometheus.yml，添加以下内容：
scrape_configs:
- job_name: 'mysql'
static_configs:
- targets: ['localhost:9104']job_name: 指定任务的名称。static_configs: 指定静态配置的目标。targets: 指定mysqld_exporter的地址和端口。
重启 Prometheus 服务器，Prometheus 就会开始从 mysqld_exporter 中抓取数据了。
5. 关键指标与PromQL查询
mysqld_exporter 采集了大量的 MySQL 指标，下面列出一些常用的指标以及PromQL查询示例：
| 指标名称 | 描述 | PromQL 查询示例 |
|---|---|---|
mysql_up |
MySQL服务器是否可用 (1 表示可用，0 表示不可用) | mysql_up |
mysql_global_status_uptime |
MySQL服务器的运行时间 (秒) | mysql_global_status_uptime |
mysql_global_status_threads_connected |
当前连接到MySQL服务器的线程数 | mysql_global_status_threads_connected |
mysql_global_status_questions |
MySQL服务器接收到的查询总数 | mysql_global_status_questions |
mysql_global_status_slow_queries |
MySQL服务器执行的慢查询总数 | mysql_global_status_slow_queries |
mysql_global_status_bytes_received |
MySQL服务器接收到的字节数 | mysql_global_status_bytes_received |
mysql_global_status_bytes_sent |
MySQL服务器发送的字节数 | mysql_global_status_bytes_sent |
mysql_global_status_innodb_buffer_pool_reads |
InnoDB缓冲池的物理读次数 | mysql_global_status_innodb_buffer_pool_reads |
mysql_global_status_innodb_buffer_pool_read_requests |
InnoDB缓冲池的读请求次数 | mysql_global_status_innodb_buffer_pool_read_requests |
mysql_global_status_innodb_log_writes |
InnoDB日志写入次数 | mysql_global_status_innodb_log_writes |
mysql_global_status_innodb_log_waits |
InnoDB日志等待写入次数 | mysql_global_status_innodb_log_waits |
PromQL 查询示例：
- 查询过去5分钟内的平均连接数：
avg_over_time(mysql_global_status_threads_connected[5m])- 查询每秒查询数（QPS）：
rate(mysql_global_status_questions[1m])- 查询慢查询的增长率：
rate(mysql_global_status_slow_queries[1m])- 计算InnoDB缓冲池命中率：
1 - (rate(mysql_global_status_innodb_buffer_pool_reads[5m]) / rate(mysql_global_status_innodb_buffer_pool_read_requests[5m]))6. Grafana可视化
Prometheus 擅长存储和查询数据，但其可视化能力相对较弱。通常我们会使用 Grafana 来对监控数据进行可视化展示。
Grafana 可以直接连接到 Prometheus，并使用 PromQL 查询数据，然后将数据以各种图表的形式展示出来。
有很多现成的 MySQL Grafana dashboards 可以直接导入到 Grafana 中，例如：
- MySQL Overview: 提供 MySQL 服务器的整体概览，包括连接数、QPS、慢查询等。
- InnoDB Metrics: 提供 InnoDB 存储引擎的详细指标，包括缓冲池、日志、IO 等。
- Replication Metrics: 提供复制状态的详细指标，包括延迟、错误等。
这些 dashboards 通常已经预定义了常用的图表和 PromQL 查询，可以直接使用。当然，也可以根据自己的需求自定义 dashboards。
7. 告警配置
除了监控和可视化，告警也是监控体系中非常重要的一部分。 Prometheus 可以根据监控数据设置告警规则，并在满足条件时触发告警。
告警规则可以使用 PromQL 来定义。例如，以下告警规则会在连接数超过 100 时触发告警：
groups:
- name: mysql
rules:
- alert: MySQLTooManyConnections
expr: mysql_global_status_threads_connected > 100
for: 1m
labels:
severity: critical
annotations:
summary: "MySQL too many connections"
description: "MySQL has too many connections ({{ $value }})"alert: 告警的名称。expr: 告警的触发条件，使用 PromQL 表达式。for: 告警持续的时间。labels: 告警的标签，可以用于路由告警。annotations: 告警的注释，可以用于提供告警的详细信息。
告警触发后，Prometheus 会将告警信息发送到 Alertmanager。 Alertmanager 可以根据告警的标签将告警路由到不同的接收器，例如 Email、Slack、PagerDuty 等。
8. 安全注意事项
在使用 MySQL Metrics Exporter 时，需要注意以下安全事项：
- 最小权限原则： 授予监控用户最小的权限，避免泄露敏感信息。
- 网络隔离： 将
mysqld_exporter部署在受保护的网络中，避免未经授权的访问。 - 访问控制： 限制访问
mysqld_exporter的 IP 地址。 - 密码管理： 妥善保管 MySQL 用户的密码，避免泄露。
- 定期更新： 定期更新
mysqld_exporter和 Prometheus，以修复安全漏洞。
9. 高级用法与自定义指标
除了使用 mysqld_exporter 提供的默认指标外，我们还可以自定义指标来满足特定的监控需求。
9.1 自定义查询指标
mysqld_exporter 允许我们自定义查询指标。我们可以通过命令行参数或者配置文件来指定自定义查询。
例如，我们可以创建一个自定义查询来监控某个表的行数：
SELECT COUNT(*) FROM your_database.your_table;然后，我们可以通过以下命令行参数将这个查询添加到 mysqld_exporter 中：
./mysqld_exporter --web.listen-address=":9104" --datasource.url="exporter:your_password@(localhost:3306)/" --collect.custom_query="your_table_row_count:SELECT COUNT(*) FROM your_database.your_table"--collect.custom_query: 指定自定义查询。格式为metric_name:query。
Prometheus 会将这个查询的结果作为一个新的指标 your_table_row_count 来抓取。
9.2 使用 UDF (User Defined Function)
对于一些复杂的监控需求，我们可以使用 MySQL 的 UDF 来实现。 UDF 允许我们使用 C/C++ 等语言编写自定义函数，然后在 MySQL 中调用这些函数。
例如，我们可以编写一个 UDF 来计算某个查询的执行时间：
#include <mysql.h>
#include <sys/time.h>
extern "C" {
my_bool execution_time_init(UDF_INIT *initid, UDF_ARGS *args, char *message) {
if (args->arg_count != 1 || args->arg_type[0] != STRING_RESULT) {
strcpy(message, "execution_time requires one string argument (SQL query)");
return 1;
}
return 0;
}
void execution_time_deinit(UDF_INIT *initid) {}
long long execution_time(UDF_INIT *initid, UDF_ARGS *args, char *is_null, char *error) {
const char *query = args->args[0];
MYSQL *mysql = mysql_init(NULL);
if (!mysql) {
*error = 1;
return 0;
}
if (!mysql_real_connect(mysql, "localhost", "root", "your_password", "your_database", 0, NULL, 0)) {
*error = 1;
mysql_close(mysql);
return 0;
}
struct timeval start, end;
gettimeofday(&start, NULL);
if (mysql_query(mysql, query)) {
*error = 1;
mysql_close(mysql);
return 0;
}
gettimeofday(&end, NULL);
mysql_close(mysql);
return (end.tv_sec - start.tv_sec) * 1000000LL + (end.tv_usec - start.tv_usec);
}
}然后，我们可以将这个 UDF 编译成动态链接库，并加载到 MySQL 中：
CREATE FUNCTION execution_time RETURNS INTEGER SONAME 'your_udf.so';最后，我们可以在 mysqld_exporter 中使用这个 UDF 来监控查询的执行时间：
./mysqld_exporter --web.listen-address=":9104" --datasource.url="exporter:your_password@(localhost:3306)/" --collect.custom_query="your_query_execution_time:SELECT execution_time('SELECT * FROM your_database.your_table')"10. 故障排查与常见问题
在使用 MySQL Metrics Exporter 的过程中，可能会遇到一些问题。下面列出一些常见问题以及解决方法：
- 无法连接到 MySQL 服务器：
- 检查 MySQL 服务器是否正在运行。
- 检查 MySQL 用户的权限是否正确。
- 检查 MySQL 服务器的防火墙是否允许
mysqld_exporter的连接。 - 检查
mysqld_exporter的连接 URL 是否正确。
- 无法抓取 metrics：
- 检查
mysqld_exporter是否正在运行。 - 检查 Prometheus 的配置文件是否正确。
- 检查 Prometheus 是否可以访问
mysqld_exporter。 - 检查
mysqld_exporter的日志，查看是否有错误信息。
- 检查
- metrics 数据不准确：
- 检查 MySQL 服务器的时间是否正确。
- 检查
mysqld_exporter的版本是否与 MySQL 服务器兼容。 - 检查自定义查询是否正确。
总结一下 MySQL Metrics Exporter 的重要性
本文详细介绍了 MySQL Metrics Exporter 在 Prometheus 监控体系中的应用，从安装配置到高级用法都进行了讲解。 熟练使用 MySQL Metrics Exporter 可以帮助我们更好地监控 MySQL 数据库，及时发现和解决性能问题，保障应用的稳定性和性能。