解决 Prometheus 监控 Kubernetes Job 误报的坑-prometheus监控

昨天在 Prometheus 课程辅导群里面有同学提到一个问题，是关于 Prometheus 监控 Job 任务误报的问题(已经同步到社区网站)，大概的意思就 CronJob 控制的 Job，前面执行失败了会触发报警，后面生成的新的 Job 可以正常执行后，但是还是会收到前面的报警：

这是因为一般在执行 Job 任务的时候我们会保留一些历史记录方便排查问题，所以如果之前有失败的 Job 了，即便稍后会变成成功的，那么之前的 Job 也会继续存在，而大部分直接使用 kube-prometheus 安装部署的话使用的默认报警规则是kube_job_status_failed > 0，这显然是不准确的，只有我们去手动删除之前这个失败的 Job 任务才可以消除误报，当然这种方式是可以解决问题的，但是不够自动化，一开始没有想得很深入，想去自动化删除失败的 Job 来解决，但是这也会给运维人员带来问题，就是不方便回头去排查问题。下面我们来重新整理下思路解决下这个问题。

CronJob 会在计划的每个执行时间创建一个 Job 对象，可以通过 .spec.successfulJobsHistoryLimit 和 .spec.failedJobsHistoryLimit 属性来保留多少已完成和失败的 Job，默认分别为3和1，比如下面声明一个 CronJob 的资源对象：

apiVersion: batch/v1
kind: CronJob
metadata:
  name: hello
spec:
  schedule: "*/1 * * * *"
  successfulJobsHistoryLimit: 1
  failedJobsHistoryLimit: 1
  jobTemplate:
    spec:
      template:
        spec:
          containers:
          - name: hello
            image: busybox
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            command:
            - /bin/sh
            - -c
            - date;
          restartPolicy: OnFailure

根据上面的资源对象规范，Kubernetes 将只保留一个失败的 Job 和一个成功的 Job：

NAME               COMPLETIONS   DURATION   AGE
hello-4111706356   0/1           2m         10d
hello-4111706356   1/1           5s         5s

要解决上面的误报问题，同样还是需要使用到 kube-state-metrics 这个服务，它通过监听 Kubernetes APIServer 并生成有关对象状态的指标，它并不关注单个 Kubernetes 组件的健康状况，而是关注内部各种对象的健康状况，例如 Deployment、Node、Job、Pod 等资源对象的状态。这里我们将要使用到以下几个指标：

kube_job_owner：用来查找 Job 和触发它的 CronJob 之间的关系。
kube_job_status_start_time：获取 Job 被触发的时间。
kube_job_status_failed：获取执行失败的任务。
kube_cronjob_spec_suspend：过滤掉挂起的作业。

下面是一个指标示例，其中包含 CronJob 触发运行的hello 任务生成的标签：

kube_job_owner{job_name="hello-1604875860", namespace="myNamespace", owner_is_controller="true", owner_kind="CronJob", owner_name="hello"} 1
kube_job_status_start_time{job_name="hello-1604875860", namespace="myNamespace"} 1604875874
kube_job_status_failed{job_name="hello-1604875860", namespace="myNamespace", reason="BackoffLimitExceeded"} 1
kube_cronjob_spec_suspend{cronjob="hello",job="kube-state-metrics", namespace="myNamespace"} 0

要想做到监控报警准确，其实我们只需要去获取同一个 CronJob 触发的一组 Job 的最后一次任务，只有该 Job 在执行失败的时候才触发报警即可。

由于 kube_job_status_failed 和 kube_job_status_start_time 指标中并不包含所属 CronJob 的标签，所以第一步需要加入这个标签，而 kube_job_owner 指标中的 owner_name 就是我们需要的，可以用下面的 promql 语句来进行合并：

max(
  kube_job_status_start_time
  * ON(job_name, namespace) GROUP_RIGHT()
  kube_job_owner{owner_name != ""}
  )
BY (job_name, owner_name, namespace)

这里我们使用 max 函数是因为我们可能会因为 HA 运行多个 kube-state-metrics，所以用 max 函数来返回每个 Job 任务的一个结果即可。假设我们的 Job 历史记录包含 2 个任务(一个失败，另一个成功)，结果将如下所示：

{job_name="hello-1623578940", namespace="myNamespace", owner_name="hello"} 1623578959
{job_name="hello-1617667200", namespace="myNamespace", owner_name="hello"} 1617667204

现在我们知道每个 Job 的所有者了，接着我们需要找出最后执行的任务，我们可以通过按 owner_name 标签聚合结果来实现这一点：

max(
  kube_job_status_start_time
  * ON(job_name,namespace) GROUP_RIGHT()
  kube_job_owner{owner_name!=""}
) 
BY (owner_name)

上面这条语句会找到每个 owner(也就是 CronJob)最新的任务开始时间，然后再和上面的语句进行合并，保留开始时间相同的记录即为最新执行的 Job 任务了：

max(
 kube_job_status_start_time
 * ON(job_name,namespace) GROUP_RIGHT()
 kube_job_owner{owner_name!=""}
)
BY (job_name, owner_name, namespace)
== ON(owner_name) GROUP_LEFT()
max(
 kube_job_status_start_time
 * ON(job_name,namespace) GROUP_RIGHT()
 kube_job_owner{owner_name!=""}
)
BY (owner_name)

结果将显示每个 CronJob 最后执行的作业，并且仅显示最后一个：

{job_name="hello-1623578940", namespace="myNamespace", owner_name="hello"} 1623578959

为了增加可读性我们还可以将 job_name、owner_name 标签替换为 job 和 cronjob，这样更容易看明白：

label_replace(
  label_replace(
    max(
      kube_job_status_start_time
      * ON(job_name,namespace) GROUP_RIGHT()
      kube_job_owner{owner_name!=""}
    )
    BY (job_name, owner_name, namespace)
    == ON(owner_name) GROUP_LEFT()
    max(
      kube_job_status_start_time
      * ON(job_name,namespace) GROUP_RIGHT()
      kube_job_owner{owner_name!=""}
    )
    BY (owner_name),
  "job", "$1", "job_name", "(.+)"),
"cronjob", "$1", "owner_name", "(.+)")

现在将会看到类似于下面的结果：

{job="hello-1623578940", cronjob="hello", job_name="hello-1623578940", namespace="myNamespace", owner_name="hello"} 1623578959

由于上面的查询语句比较复杂，如果每次报警评估的时候都去进行一次实时计算会对 Prometheus 产生非常大的压力，这里我们可以借助记录规则来实现类离线计算的方式，大大提高效率，创建如下所示的记录规则，用来表示获取每个 CronJob 最后执行的作业记录：

- record: job:kube_job_status_start_time:max
  expr: |
    label_replace(
      label_replace(
        max(
          kube_job_status_start_time
          * ON(job_name,namespace) GROUP_RIGHT()
          kube_job_owner{owner_name!=""}
        )
        BY (job_name, owner_name, namespace)
        == ON(owner_name) GROUP_LEFT()
        max(
          kube_job_status_start_time
          * ON(job_name,namespace) GROUP_RIGHT()
          kube_job_owner{owner_name!=""}
        )
        BY (owner_name),
      "job", "$1", "job_name", "(.+)"),
    "cronjob", "$1", "owner_name", "(.+)")

现在我们知道了 CronJob 最近开始执行的 Job 了，那么想要过滤出失败的，则再使用 kube_job_status_failed 指标就可以了：

- record: job:kube_job_status_failed:sum
  expr: |
    clamp_max(job:kube_job_status_start_time:max, 1)
      * ON(job) GROUP_LEFT()
      label_replace(
        (kube_job_status_failed > 0),
        "job", "$1", "job_name", "(.+)"
      )

这里使用 clamp_max 函数将 job:kube_job_status_start_time:max 的结果转换为一组上限为 1 的时间序列，使用它来通过乘法过滤失败的作业，得到包含一组最近失败的 Job 任务，这里我们也添加到名为 kube_job_status_failed:sum 的记录规则中。

最后一步就是直接为失败的 Job 任务添加报警规则，如下所示：

- alert: CronJobStatusFailed
  expr: |
    job:kube_job_status_failed:sum
    * ON(cronjob, namespace) GROUP_LEFT()
    (kube_cronjob_spec_suspend == 0)

为避免误报，我们已将挂起的任务排除在外了。到这里我们就解决了 Prometheus 监控 CronJob 的任务误报的问题，虽然 kube-prometheus 为我们内置了大量的监控报警规则，但是也不能完全迷信，有时候并不一定适合实际的需求。