轻量级日志 Loki 全攻略

文章来源：https://c1n.cn/0wHvF

前言

在对公司容器云的日志方案进行设计的时候，发现主流的 ELK（Elasticsearch，Logstash，Kibana）或者 EFK（Elasticsearch，Filebeat or Fluentd，Kibana）比较重，再加上现阶段对于 ES 复杂的搜索功能很多都用不上，最终选择了 Grafana 开源的 Loki 日志系统。

下面我们来介绍下 Loki 的一些基本概念和架构，当然 EFK 作为业界成熟的日志聚合解决方案也是大家应该需要熟悉和掌握的。

简介

Loki 是 Grafana Labs 团队最新的开源项目，是一个水平可扩展，高可用性，多租户的日志聚合系统。

它的设计非常经济高效且易于操作，因为它不会为日志内容编制索引，而是为每个日志流编制一组标签，专门为 Prometheus 和 Kubernetes 用户做了相关优化。

该项目受 Prometheus 启发，官方的介绍就是：Like Prometheus，But For Logs。类似于 Prometheus 的日志系统。

项目地址：

https://github.com/grafana/loki/

与其他日志聚合系统相比，Loki 具有下面的一些特性：

• 不对日志进行全文索引。通过存储压缩非结构化日志和仅索引元数据，Loki 操作起来会更简单，更省成本。
• 通过使用与 Prometheus 相同的标签记录流对日志进行索引和分组，这使得日志的扩展和操作效率更高，能对接 alertmanager。
• 特别适合储存 Kubernetes Pod 日志；诸如 Pod 标签之类的元数据会被自动删除和编入索引。
• 受 Grafana 原生支持，避免 kibana 和 grafana 来回切换。

架构说明

图片

组件说明

说明如下：

• Promtail 作为采集器，类比 filebeat
• Loki 相当于服务端，类比 es

Loki 进程包含四种角色：

• querier 查询器
• inester 日志存储器
• query-frontend 前置查询器
• distributor 写入分发器

可以通过 Loki 二进制的 -target 参数指定运行角色。

read path

如下：

• 查询器接受 HTTP/1 数据请求
• 查询器将查询传递给所有 ingesters 请求内存中的数据
• 接收器接受读取的请求，并返回与查询匹配的数据（如果有）
• 如果没有接受者返回数据，则查询器会从后备存储中延迟加载数据并对其执行查询
• 查询器将迭代所有接收到的数据并进行重复数据删除，从而通过 HTTP/1 连接返回最终数据集

write path

图片

如上图：

• 分发服务器收到一个 HTTP/1 请求，以存储流数据
• 每个流都使用散列环散列
• 分发程序将每个流发送到适当的 inester 和其副本（基于配置的复制因子）
• 每个实例将为流的数据创建一个块或将其追加到现有块中，, 每个租户和每个标签集的块都是唯一的
• 分发服务器通过 HTTP/1 链接以成功代码作为响应

部署

本地化模式安装

下载 Promtail 和 Loki：

wget  https://github.com/grafana/loki/releases/download/v2.2.1/loki-linux-amd64.zip
wget https://github.com/grafana/loki/releases/download/v2.2.1/promtail-linux-amd64.zip

安装 Promtail：

$ mkdir /opt/app/{promtail,loki} -pv

# promtail配置文件
$ cat <<EOF> /opt/app/promtail/promtail.yaml
server:
  http_listen_port: 9080
  grpc_listen_port: 0

positions:
  filename: /var/log/positions.yaml # This location needs to be writeable by promtail.

client:
  url: http://localhost:3100/loki/api/v1/push

scrape_configs:
 - job_name: system
   pipeline_stages:
   static_configs:
   - targets:
      - localhost
     labels:
      job: varlogs
      host: yourhost
      __path__: /var/log/*.log
EOF

# 解压安装包
unzip promtail-linux-amd64.zip
mv promtail-linux-amd64 /opt/app/promtail/promtail

# service文件
$ cat <<EOF >/etc/systemd/system/promtail.service
[Unit]
Description=promtail server
Wants=network-online.target
After=network-online.target

[Service]
ExecStart=/opt/app/promtail/promtail -config.file=/opt/app/promtail/promtail.yaml
StandardOutput=syslog
StandardError=syslog
SyslogIdentifier=promtail
[Install]
WantedBy=default.target
EOF

systemctl daemon-reload
systemctl restart promtail
systemctl status promtail

安装 Loki：

$ mkdir /opt/app/{promtail,loki} -pv

# promtail配置文件
$ cat <<EOF> /opt/app/loki/loki.yaml
auth_enabled: false

server:
  http_listen_port: 3100
  grpc_listen_port: 9096

ingester:
  wal:
    enabled: true
    dir: /opt/app/loki/wal
  lifecycler:
    address: 127.0.0.1
    ring:
      kvstore:
        store: inmemory
      replication_factor: 1
    final_sleep: 0s
  chunk_idle_period: 1h       # Any chunk not receiving new logs in this time will be flushed
  max_chunk_age: 1h           # All chunks will be flushed when they hit this age, default is 1h
  chunk_target_size: 1048576  # Loki will attempt to build chunks up to 1.5MB, flushing first if chunk_idle_period or max_chunk_age is reached first
  chunk_retain_period: 30s    # Must be greater than index read cache TTL if using an index cache (Default index read cache TTL is 5m)
  max_transfer_retries: 0     # Chunk transfers disabled

schema_config:
  configs:
    - from: 2020-10-24
      store: boltdb-shipper
      object_store: filesystem
      schema: v11
      index:
        prefix: index_
        period: 24h

storage_config:
  boltdb_shipper:
    active_index_directory: /opt/app/loki/boltdb-shipper-active
    cache_location: /opt/app/loki/boltdb-shipper-cache
    cache_ttl: 24h         # Can be increased for faster performance over longer query periods, uses more disk space
    shared_store: filesystem
  filesystem:
    directory: /opt/app/loki/chunks

compactor:
  working_directory: /opt/app/loki/boltdb-shipper-compactor
  shared_store: filesystem

limits_config:
  reject_old_samples: true
  reject_old_samples_max_age: 168h

chunk_store_config:
  max_look_back_period: 0s

table_manager:
  retention_deletes_enabled: false
  retention_period: 0s


ruler:
  storage:
    type: local
    local:
      directory: /opt/app/loki/rules
  rule_path: /opt/app/loki/rules-temp
  alertmanager_url: http://localhost:9093
  ring:
    kvstore:
      store: inmemory
  enable_api: true
EOF

# 解压包
unzip loki-linux-amd64.zip 
mv loki-linux-amd64 /opt/app/loki/loki

# service文件

$ cat <<EOF >/etc/systemd/system/loki.service
[Unit]
Description=loki server
Wants=network-online.target
After=network-online.target

[Service]
ExecStart=/opt/app/loki/loki -config.file=/opt/app/loki/loki.yaml
StandardOutput=syslog
StandardError=syslog
SyslogIdentifier=loki
[Install]
WantedBy=default.target
EOF

systemctl daemon-reload
systemctl restart loki
systemctl status loki

使用

grafana 上配置 loki 数据源

如下图：

图片

grafana-loki-dashsource

在数据源列表中选择 Loki，配置 Loki 源地址：

图片

grafana-loki-dashsource-config

源地址配置 http://loki:3100 即可，保存。

保存完成后，切换到 grafana 左侧区域的 Explore，即可进入到 Loki 的页面：

图片

grafana-loki

然后我们点击 Log labels 就可以把当前系统采集的日志标签给显示出来，可以根据这些标签进行日志的过滤查询：

图片

grafana-loki-log-labels

比如我们这里选择 /var/log/messages，就会把该文件下面的日志过滤展示出来，不过由于时区的问题，可能还需要设置下时间才可以看到数据：

图片

grafana-loki-logs

这里展示的是 promtail 容器里面 / var/log 目录中的日志。

promtail 容器 /etc/promtail/config.yml：

server:
  http_listen_port: 9080
  grpc_listen_port: 0

positions:
  filename: /tmp/positions.yaml

clients:
  - url: http://loki:3100/loki/api/v1/push

scrape_configs:
- job_name: system
  static_configs:
  - targets:
      - localhost
    labels:
      job: varlogs
      __path__: /var/log/*log

这里的 job 就是 varlog，文件路径就是 /var/log/*log。

在 grafana explore 上配置查看日志

查看日志 rate({job="message"} |="kubelet"

算 qps rate({job=”message”} |=”kubelet” [1m])

只索引标签

之前多次提到 loki 和 es 最大的不同是 loki 只对标签进行索引而不对内容索引。下面我们举例来看下。

静态标签匹配模式

以简单的 promtail 配置举例：

scrape_configs:
 - job_name: system
   pipeline_stages:
   static_configs:
   - targets:
      - localhost
     labels:
      job: message
      __path__: /var/log/messages

配置解读：

• 上面这段配置代表启动一个日志采集任务
• 这个任务有 1 个固定标签 job=”syslog”
• 采集日志路径为 /var/log/messages，会以一个名为 filename 的固定标签
• 在 promtail 的 web 页面上可以看到类似 prometheus 的 target 信息页面

可以和使用 Prometheus 一样的标签匹配语句进行查询。

{job="syslog"}：

scrape_configs:
 - job_name: system
   pipeline_stages:
   static_configs:
   - targets:
      - localhost
     labels:
      job: syslog
      __path__: /var/log/syslog
 - job_name: system
   pipeline_stages:
   static_configs:
   - targets:
      - localhost
     labels:
      job: apache
      __path__: /var/log/apache.log

如果我们配置了两个 job，则可以使用job=~”apachesyslog”进行多 job 匹配；同时也支持正则和正则非匹配。

标签匹配模式的特点

原理如下：

• 和 prometheus 一致，相同标签对应的是一个流 prometheus 处理 series 的模式
• prometheus 中标签一致对应的同一个 hash 值和 refid（正整数递增的 id），也就是同一个 series
• 时序数据不断的 append 追加到这个 memseries 中
• 当有任意标签发生变化时会产生新的 hash 值和 refid，对应新的 series

loki 处理日志的模式和 prometheus 一致，loki 一组标签值会生成一个 stream。日志随着时间的递增会追加到这个 stream 中，最后压缩为 chunk。当有任意标签发生变化时会产生新的 hash 值，对应新的 stream。

查询过程

• 所以 loki 先根据标签算出 hash 值在倒排索引中找到对应的 chunk？
• 然后再根据查询语句中的关键词等进行过滤，这样能大大的提速
• 因为这种根据标签算哈希在倒排中查找 id，对应找到存储的块在 prometheus 中已经被验证过了
• 属于开销低
• 速度快

动态标签和高基数

所以有了上述知识，那么就得谈谈动态标签的问题了。

两个概念：

• 何为动态标签：说白了就是标签的 value 不固定
• 何为高基数标签：说白了就是标签的 value 可能性太多了，达到 10 万，100 万甚至更多

比如 apache 的 access 日志：

11.11.11.11 - frank [25/Jan/2000:14:00:01 -0500] "GET /1986.js HTTP/1.1" 200 932 "-" "Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 5.1; de; rv:1.9.1.7) Gecko/20091221 Firefox/3.5.7 GTB6"

在 Promtail 中使用 regex 想要匹配 action 和 status_code 两个标签：

scrape_configs:
 - job_name: system
   pipeline_stages:
   static_configs:
   - targets:
      - localhost
     labels:
      job: syslog
      __path__: /var/log/syslog
 - job_name: system
   pipeline_stages:
   static_configs:
   - targets:
      - localhost
     labels:
      job: apache
      __path__: /var/log/apache.log

  - job_name: system
    pipeline_stages:
       - regex:
         expression: "^(?P<ip>\\S+) (?P<identd>\\S+) (?P<user>\\S+) \\[(?P<timestamp>[\\w:/]+\\s[+\\-]\\d{4})\\] \"(?P<action>\\S+)\\s?(?P<path>\\S+)?\\s?(?P<protocol>\\S+)?\" (?P<status_code>\\d{3}|-) (?P<size>\\d+|-)\\s?\"?(?P<referer>[^\"]*)\"?\\s?\"?(?P<useragent>[^\"]*)?\"?$"
     - labels:
         action:
         status_code:
    static_configs:
    - targets:
       - localhost
      labels:
       job: apache
       env: dev
       __path__: /var/log/apache.log

那么对应 action=get/post 和 status_code=200/400 则对应 4 个流：

11.11.11.11 - frank [25/Jan/2000:14:00:01 -0500] "GET /1986.js HTTP/1.1" 200 932 "-" "Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 5.1; de; rv:1.9.1.7) Gecko/20091221 Firefox/3.5.7 GTB6"
11.11.11.12 - frank [25/Jan/2000:14:00:02 -0500] "POST /1986.js HTTP/1.1" 200 932 "-" "Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 5.1; de; rv:1.9.1.7) Gecko/20091221 Firefox/3.5.7 GTB6"
11.11.11.13 - frank [25/Jan/2000:14:00:03 -0500] "GET /1986.js HTTP/1.1" 400 932 "-" "Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 5.1; de; rv:1.9.1.7) Gecko/20091221 Firefox/3.5.7 GTB6"
11.11.11.14 - frank [25/Jan/2000:14:00:04 -0500] "POST /1986.js HTTP/1.1" 400 932 "-" "Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 5.1; de; rv:1.9.1.7) Gecko/20091221 Firefox/3.5.7 GTB6"

那四个日志行将变成四个单独的流，并开始填充四个单独的块。

如果出现另一个独特的标签组合（例如 status_code =“500”），则会创建另一个新流。

高基数问题

就像上面，如果给 ip 设置一个标签，现在想象一下，如果您为设置了标签 ip，来自用户的每个不同的 ip 请求不仅成为唯一的流。可以快速生成成千上万的流，这是高基数，这可以杀死 Loki。

如果字段没有被当做标签被索引，会不会查询很慢，Loki 的超级能力是将查询分解为小块并并行分发，以便您可以在短时间内查询大量日志数据。

全文索引问题

大索引既复杂又昂贵。通常，日志数据的全文索引的大小等于或大于日志数据本身的大小。

要查询日志数据，需要加载此索引，并且为了提高性能，它可能应该在内存中。这很难扩展，并且随着您摄入更多日志，索引会迅速变大。

Loki 的索引通常比摄取的日志量小一个数量级，索引的增长非常缓慢。

加速查询没标签字段：以上边提到的 ip 字段为例 - 使用过滤器表达式查询。

{job="apache"} |= "11.11.11.11"

loki 查询时的分片（按时间范围分段 grep）：

• Loki 将把查询分解成较小的分片，并为与标签匹配的流打开每个区块，并开始寻找该 IP 地址。
• 这些分片的大小和并行化的数量是可配置的，并取决于您提供的资源
• 如果需要，您可以将分片间隔配置为 5m，部署 20 个查询器，并在几秒钟内处理千兆字节的日志
• 或者，您可以发疯并设置 200 个查询器并处理 TB 的日志！

两种索引模式对比：

• es 的大索引，不管你查不查询，他都必须时刻存在。比如长时间占用过多的内存
• loki 的逻辑是查询时再启动多个分段并行查询

日志量少时少加标签：

• 因为每多加载一个 chunk 就有额外的开销
• 举例，如果该查询是 {app=”loki”,level!=”debug”}
• 在没加 level 标签的情况下只需加载一个 chunk 即 app=“loki” 的标签
• 如果加了 level 的情况，则需要把 level=info,warn,error,critical 5 个 chunk 都加载再查询

需要标签时再去添加：

• 当 chunk_target_size=1MB 时代表 以 1MB 的压缩大小来切割块
• 对应的原始日志大小在 5MB-10MB，如果日志在 max_chunk_age 时间内能达到 10MB，考虑添加标签

日志应当按时间递增：

• 这个问题和 tsdb 中处理旧数据是一样的道理
• 目前 loki 为了性能考虑直接拒绝掉旧数据

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你好，我是程序猿DD，10年开发老司机、阿里云MVP、腾讯云TVP、出过书创过业、国企4年互联网6年。从普通开发到架构师、再到合伙人。一路过来，给我最深的感受就是一定要不断学习并关注前沿。只要你能坚持下来，多思考、少抱怨、勤动手，就很容易实现弯道超车！所以，不要问我现在干什么是否来得及。如果你看好一个事情，一定是坚持了才能看到希望，而不是看到希望才去坚持。相信我，只要坚持下来，你一定比现在更好！如果你还没什么方向，可以先关注我，这里会经常分享一些前沿资讯，帮你积累弯道超车的资本。