简介

cAdvisor是Google开源的一款用于展示和分析容器运行状态的可视化工具。通过在主机上运行CAdvisor用户可以轻松的获取到当前主机上容器的运行统计信息，并以图表的形式向用户展示。

cAdvisor可以对节点机器上的资源及容器进行实时监控和性能数据采集，包括CPU使用情况、内存使用情况、网络吞吐量及文件系统使用情况。

实现原理

cAdvisor的数据采集分为两个部分machineInfo和containerInfo。

启动参数

cAdvisor服务相关

指标采集相关

CRI相关

存储相关

|storage_driver|string|要使用的存储“驱动程序”。 数据总是很快缓存在内存中，该参数控制了数据被推送到本地缓存之外的位置。 空表示没有，多个用逗号隔开。可选值为：

• BigQuery

• ElasticSearch

• InfluxDB

• Kafka

• Redis

• Statsd

• stdout

指标

Go运行时指标

进程指标

机器指标

容器指标

容器指标分类

指标详情

详细指标请参考：https://support.huaweicloud.com/devg-cci/cci_05_1003.html#cci_05_1003__table20182130676

核心对象

主流程管理

Manager

负责cAdvisor主流程控制。

type Manager interface {
  // 启动 cAdvisor Container Manager
    Start() error
    // 停止 cAdvisor Container Manager
    Stop() error
    // 获取指定容器的信息
    GetContainerInfo(containerName string, query *info.ContainerInfoRequest) (*info.ContainerInfo, error)
    // 获取容器的V2信息。
  // 该方法会尽量递归子容器，在部分失败的情况下，可能会返回部分结果和错误。
    GetContainerInfoV2(containerName string, options v2.RequestOptions) (map[string]v2.ContainerInfo, error)
    // 获取指定容器的所有子容器的信息（包含其自身信息）
    SubcontainersInfo(containerName string, query *info.ContainerInfoRequest) ([]*info.ContainerInfo, error)
    // 获取所有的 Docker 容器信息，该方法会返回一个以container name为 key 的 map 集合
    AllDockerContainers(query *info.ContainerInfoRequest) (map[string]info.ContainerInfo, error)
    // 获取指定的 Docker 容器信息。指定的名称位于Docker命名空间中。
    DockerContainer(dockerName string, query *info.ContainerInfoRequest) (info.ContainerInfo, error)
    // 获取指定容器的 spec 信息
    GetContainerSpec(containerName string, options v2.RequestOptions) (map[string]v2.ContainerSpec, error)
    // 基于请求选项获取所有容器的摘要统计信息。
    GetDerivedStats(containerName string, options v2.RequestOptions) (map[string]v2.DerivedStats, error)
    // 根据请求选项获取所有请求容器的详细信息。
    GetRequestedContainersInfo(containerName string, options v2.RequestOptions) (map[string]*info.ContainerInfo, error)
    // 判断容器是否存在，如果存在则返回true
    Exists(containerName string) bool
    // 获取宿主机信息
    GetMachineInfo() (*info.MachineInfo, error)
    // 获取我们依赖的不同组件的版本信息。
    GetVersionInfo() (*info.VersionInfo, error)
  // 返回具有指定文件系统uuid的设备的信息。如果不存在具有UUID的此类设备，则此函数将返回fs.ErrNoSuchDevice错误。
    GetFsInfoByFsUUID(uuid string) (v2.FsInfo, error)
  // 获取包含给定目录的文件系统的文件系统信息
  GetDirFsInfo(dir string) (v2.FsInfo, error)
    // 获取给定标签的文件系统信息。
  // 如果标签为空，则返回所有全局文件系统的信息。
    GetFsInfo(label string) ([]v2.FsInfo, error)
    // 获取容器的进程列表
    GetProcessList(containerName string, options v2.RequestOptions) ([]v2.ProcessInfo, error)
    // 获取通过passedChannel传输的符合请求的事件。
    WatchForEvents(request *events.Request) (*events.EventChannel, error)
    // 获取已检测到且符合请求的过去事件。
    GetPastEvents(request *events.Request) ([]*info.Event, error)
    // 关闭 Event Channel
    CloseEventChannel(watch_id int)
    // 获取 docker info 信息
    DockerInfo() (info.DockerStatus, error)
    // 获取docker镜像列表
    DockerImages() ([]info.DockerImage, error)
    // 返回调试信息。并按列表分类。
    DebugInfo() map[string][]string
}

manager

manager是Manager接口的实现类，其中包含cAdvisor运行所需的各种信息。

type manager struct {
  // 当前受到监控的容器存在一个map中 containerData结构中包括了对容器的各种具体操作方式和相关信息
    containers               map[namespacedContainerName]*containerData
  // 对map中数据存取时采用的Lock
    containersLock           sync.RWMutex
    // 缓存在内存中的数据，主要是容器的相关信息
    memoryCache              *memory.InMemoryCache
  // 宿主机上的实际文件系统的相关信息
    fsInfo                   fs.FsInfo
  // 用于获取宿主机信息
    sysFs                    sysfs.SysFs
    machineMu                sync.RWMutex // protects machineInfo
  // 宿主机的相关信息 cpu memory network system信息等等
    machineInfo              info.MachineInfo
  // 用于存放退出信号的channel manager关闭的时候会给其中的channel发送退出信号 
    quitChannels             []chan error
    // cadvisor本身所运行的那个容器(如果cadvisor运行在容器中)
    cadvisorContainer        string
  //是否在host的namespace中
    inHostNamespace          bool
  // 对event相关操作进行的封装
    eventHandler             events.EventManager
    //manager启动时间
    startupTime              time.Time
  // 在内存中保留数据的时间 也就是下次开始搜集容器相关信息并且更新内存信息的时间
    maxHousekeepingInterval  time.Duration
  // 是否允许动态设置dynamic housekeeping
    allowDynamicHousekeeping bool
  // 要采集的指标信息
    includedMetrics          container.MetricSet
  // ContainerWatcher 列表
    containerWatchers        []watcher.ContainerWatcher
  // 注册一个通道以监听影响子容器的事件（递归）。
    eventsChannel            chan watcher.ContainerEvent
    collectorHttpClient      *http.Client
    nvidiaManager            stats.Manager
    perfManager              stats.Manager
    resctrlManager           stats.Manager
    // raw 容器cgroup路径前缀白名单列表。
    rawContainerCgroupPathPrefixWhiteList []string
}

宿主机管理

MachineInfo

MachineInfo 用于记录宿主机的各项信息。

type MachineInfo struct {
    // 当前信息的采集事件点
    Timestamp time.Time `json:"timestamp"`
    // 机器上CPU逻辑核心数
    NumCores int `json:"num_cores"`
    // 机器上CPU物理核心数
    NumPhysicalCores int `json:"num_physical_cores"`
    // CPU插槽数
    NumSockets int `json:"num_sockets"`
    // 最大CPU时钟频率（KHz）
    CpuFrequency uint64 `json:"cpu_frequency_khz"`
    // 内存容量（字节）
    MemoryCapacity uint64 `json:"memory_capacity"`
    // 按内存类型划分的内存容量和 DIMM 数量
    MemoryByType map[string]*MemoryInfo `json:"memory_by_type"`
    // 非易失性内存模块的信息
    NVMInfo NVMInfo `json:"nvm"`
    // 大页信息
    HugePages []HugePagesInfo `json:"hugepages"`
    // 机器ID
    MachineID string `json:"machine_id"`
    // 系统UUID
    SystemUUID string `json:"system_uuid"`
    // boot id
    BootID string `json:"boot_id"`
    // 本机文件系统信息
    Filesystems []FsInfo `json:"filesystems"`
    // 本机磁盘信息
    DiskMap map[string]DiskInfo `json:"disk_map"`
    // 网络设备信息
    NetworkDevices []NetInfo `json:"network_devices"`
    // 机器拓扑，描述 cpu/内存布局和层次结构
    Topology []Node `json:"topology"`
    // 本机的云供应商
    CloudProvider CloudProvider `json:"cloud_provider"`
    // 机器的云实例类型（例如 GCE 标准）。
    InstanceType InstanceType `json:"instance_type"`
    // 云提供商提供给它的云实例 ID（例如 instance-1）。
    InstanceID InstanceID `json:"instance_id"`
}

SysFs

SysFs 定义了一系列方法用于获取操作系统底层的一些信息，其接口定义如下：

type SysFs interface {
  // 获取所有可用的块设备的目录信息，访问的是 /sys/block 目录
    GetBlockDevices() ([]os.FileInfo, error)
  // 获取指定块设备的大小，访问的是 /sys/block/${device-name}/dev 文件
    GetBlockDeviceSize(string) (string, error)
  // 获取指定块设备的调度器类型，访问的是 /sys/block/${device-name}/queue/scheduler 文件
  GetBlockDeviceScheduler(string) (string, error)
  // 获取块设备的 major:minor 数字字符串，访问的是 /sys/block/${device-name}/size 文件
  GetBlockDeviceNumbers(string) (string, error)
  // 获取所有的网络设备信息，访问的是 /sys/class/net 目录
  GetNetworkDevices() ([]os.FileInfo, error)
  // 获取指定网络设备的 MAC 地址信息，访问的是 /sys/class/net/${device-name}/address 文件
  GetNetworkAddress(string) (string, error)
  // 获取指定网络设备的 MTU（最大传输单元（MTU）指通过联网设备可以接收的最大数据包的值），访问的是 /sys/class/net/${device-name}/mtu 文件
  GetNetworkMtu(string) (string, error)
  // 获取网络设备的网速信息，访问的是 /sys/class/net/${device-name}/speed 文件
  GetNetworkSpeed(string) (string, error)
  // 获取网络设备的统计信息，访问的是/sys/class/net/${device-name}/statistics 文件
  GetNetworkStatValue(dev string, stat string) (uint64, error)
  // 获取指定 cpu 的高速缓存目录信息，访问的是 /sys/devices/system/cpu/cpu${cpu-id}/cache 目录
  GetCaches(id int) ([]os.FileInfo, error)
  // 获取指定 cpu 的高速缓存信息，包括size、level、type、cpu 数量
  // 访问的是 /sys/devices/system/cpu/cpu${cpu-id}/cache/${cache} 文件
  GetCacheInfo(cpu int, cache string) (CacheInfo, error)
  // 获取系统的 UUID
  GetSystemUUID() (string, error)
}

realSysFs

SysFs 接口的实现类是 realSysFs，位于 github.com/google/cadvisor/utils/sysfs/sysfs.go。

容器管理

containerData

containerData 中封装了操作该容器所需的全部信息和handler。

type containerData struct {
  // 该容器handler，用于与底层 CRI 进行交互，获取容器详细信息
    handler                  container.ContainerHandler
  // 该容器的基本信息，包括容器及其子容器的引用、和容器的 info.ContainerSpec 信息
    info                     containerInfo
  // 用于缓存该容器的指标信息
    memoryCache              *memory.InMemoryCache
    lock                     sync.Mutex
  // 用于获取容器 load 信息
    loadReader               cpuload.CpuLoadReader
  // 用于获取某个cgroups下面容器的某段时间的摘要信息，目前主要追踪的是cpu以及memory的信息。
    summaryReader            *summary.StatsSummary
  // 迄今为止的平滑负载平均值
    loadAvg                  float64 
    housekeepingInterval     time.Duration
    maxHousekeepingInterval  time.Duration
    allowDynamicHousekeeping bool
  // 最后一次容器信息更新时间
    infoLastUpdatedTime      time.Time
  // 最后一次容器指标更新时间
    statsLastUpdatedTime     time.Time
  // 最后一次报错时间
    lastErrorTime            time.Time
    // 用于跟踪时间
    clock clock.Clock
    // 用于负载平均平滑的衰减值。间隔长度为10秒。
    loadDecay float64
    // 更新此容器时是否记录其使用情况
    logUsage bool
    // 告知容器停止 housekeeping
    stop chan bool
    // 告诉容器立即收集统计信息
    onDemandChan chan chan struct{}
    // 运行自定义指标收集器
    collectorManager collector.CollectorManager
    // nvidiaCollector 更新连接到容器的Nvidia GPU的统计信息
    nvidiaCollector accelerators.AcceleratorCollector
}

ContainerHandler

ContainerHandler 用于与 CRI 交互，并完成对关联 containerData 的各种操作（每个 containerData 对象都会有一个专属的 ContainerHandler）。当有容器新增时，ContainerHandlerFactory 会为该容器创建并设置 ContainerHandler。

type ContainerHandler interface {
    // 获取 ContainerReference 对象
    ContainerReference() (info.ContainerReference, error)
    // 获取 ContainerSpec 对象
    GetSpec() (info.ContainerSpec, error)
  // 获取子容器的状态
    GetStats() (*info.ContainerStats, error)
  // 获取子容器的 ContainerReference 对象列表
    ListContainers(listType ListType) ([]info.ContainerReference, error)
    // 返回容器内进程pid列表
    ListProcesses(listType ListType) ([]int, error)
  // 获取容器指定资源的 cgroup 绝对路径
    GetCgroupPath(resource string) (string, error)
    // 获取容器的标签map
    GetContainerLabels() map[string]string
    // 获取容器的 ip 地址
    GetContainerIPAddress() string
    // 判断当前的容器是否还存在，存在返回true，否则返回false
    Exists() bool
    // 释放 ContainerHandler 所使用的资源，如 fds、go routines等
    Cleanup()
    // 启动所有必须的后端goroutines——必须在 Cleanup() 方法中释放
    Start()
    // 关联的容器的类型
    Type() ContainerType
}

ContainerHandlerFactory

ContainerHandlerFactory 是 ContainerHandler 的工厂类。其功能是为指定的容器创建关联的 ContainerHandler 对象

type ContainerHandlerFactory interface {
    // 通过该方法为指定的 container 创建一个 ContainerHandler，用于处理对该 container 的操作。 CanHandleAndAccept() 必须返回 true
  // name：容器名称
  // inHostNamespace：cAdvisor 是否运行在容器中
    NewContainerHandler(name string, inHostNamespace bool) (c ContainerHandler, err error)
  // 判断当期的 factory 能否接收并处理指定的容器
    CanHandleAndAccept(name string) (handle bool, accept bool, err error)
    // factory 名称
    String() string
    // 返回调试信息。 Map of lines per category.
    DebugInfo() map[string][]string
}

ContainerHandlerFactory 的种类有：

ContainerHandlerFactory 插件注册和初始化流程：

ContainerWatcher

ContainerWatcher 用于监听主机上容器的新增或删除事件。

type ContainerWatcher interface {
  // 监听所有子容器的新增或删除事件，并将事件写入到 ContainerEvent 通道中 
    Start(events chan ContainerEvent) error
  // 停止监听
    Stop() error
}

rawContainerWatcher

ContainerWatcher 接口的实现类是 rawContainerWatcher。一方面，rawContainerWatcher 在 manager 启动时，通过递归遍历cgroup子系统目录，完成机器上容器列表的初始化。另一方面，rawContainerWatcher 通过递归遍历cgroup子系统目录，并设置 InotifyWatcher，从而监听所有 cgroup 子目录的变化情况，并抛出相关事件，然后将这些事件放入 eventsChannel 中交由消费者去处理。在一方面，rawContainerWatcher 还会定期（通过--global_housekeeping_interval 参数设置）全量扫描容器列表，避免事件遗漏，从而保证内存中容器列表与机器上保持一致。

文件系统管理

FsHandler

FsHandler 负责定期收集容器各文件系统的使用情况。在新增容器并创建 ContainerHandler 时，会为容器创建关联的 FsHandler 实例。

type FsHandler interface {
  // 定期收集容器各文件系统使用情况
    Start()
  // 获取容器文件系统使用情况
    Usage() FsUsage
  // 停止容器文件系统指标采集
    Stop()
}

FsHandler 有两个实现类：

• realFsHandler：用于定期收集并更新容器 rootfs 和 extraDir（/opt/lib/docker/containers/${容器ID} 目录）文件系统使用情况。

• dockerFsHandler：专为 Docker 设计的复合 FsHandler ，可用于收集devicemapper、zfs等文件系统的使用情况。

realFsHandler

realFsHandler 是一个通用 FsHandler，用于定期收集并更新容器 rootfs 和 extraDir（/opt/lib/docker/containers/${容器ID} 目录）的文件系统使用情况。

dockerFsHandler

dockerFsHandler 是一个专为 Docker 设计的复合 FsHandler 实现，它包含realFsHandler、devicemapper ThinPoolWatcher 和 zfsWatcher

type dockerFsHandler struct {
    fsHandler common.FsHandler

    // thinPoolWatcher is the devicemapper thin pool watcher
    thinPoolWatcher *devicemapper.ThinPoolWatcher
    // deviceID is the id of the container's fs device
    deviceID string

    // zfsWatcher is the zfs filesystem watcher
    zfsWatcher *zfs.ZfsWatcher
    // zfsFilesystem is the docker zfs filesystem
    zfsFilesystem string
}

FsInfo

FsInfo 用于获取主机文件系统信息，及相关的设备、挂载点等信息。

type FsInfo interface {
    // 返回主机上所有ext2、ext3和ext4文件系统的容量和可用空间（以字节为单位）。
    GetGlobalFsInfo() ([]Fs, error)
    // 返回传递的挂载点集合的容量和可用空间（以字节为单位）。
    GetFsInfoForPath(mountSet map[string]struct{}) ([]Fs, error)
    // 返回指定目录的使用情况
    GetDirUsage(dir string) (UsageInfo, error)
  // 返回指定文件系统uuid关联的设备的信息。如果不存在此类设备，则此函数将返回ErrNoSuchDevice错误。
    GetDeviceInfoByFsUUID(uuid string) (*DeviceInfo, error)
    // 返回“dir”所在文件系统的块设备信息。
    GetDirFsDevice(dir string) (*DeviceInfo, error)
    // 返回与特定标签关联的设备名称。
    GetDeviceForLabel(label string) (string, error)
    // 返回与特定设备名称关联的所有标签。
    GetLabelsForDevice(device string) ([]string, error)
    // 返回与特定设备关联的挂载点。
    GetMountpointForDevice(device string) (string, error)
}

RealFsInfo

RealFsInfo是对FsInfo 接口的实现

type RealFsInfo struct {
    // 从块设备路径映射到分区信息。
    partitions map[string]partition
    // 从标签映射到块设备路径。
    // 标签是自动检测到的特定于意图的标签。
    labels map[string]string
    // 从挂载点映射到挂载信息。
    mounts map[string]mount.Info
    // devicemapper 客户端
    dmsetup devicemapper.DmsetupClient
    // fsUUIDToDeviceName 是从文件系统UUID到其设备名称的映射。
    fsUUIDToDeviceName map[string]string
}

事件管理

EventManager

EventManager 用于管理容器生命周期中一些重要的事件，调用方可以通过调用 WatchEvents() 方法监听自己关心的事件，或调用 AddEvent() 方法新增事件到 EventManager。用户可以通过调用HTTP接口设置要监听的事件，并获取这些事件。目前已定义的事件包括：

• oom：通过监听 /dev/kmsg 内核日志，获取容器 OOM 事件。

• oomKill：同上。

• containerCreation：容器新增事件。

• containerDeletion：容器销毁事件。

type EventManager interface {
    // 当 WatchEvents() 方法被调用时，就会生成一个新的 watch 对象，并注册到 EventManager 中
  // 该方法会返回一个 EventChannel 通道，监听到的满足条件的事件会被放入该通道中，调用方从该通道中读取事件
    WatchEvents(request *Request) (*EventChannel, error)
    // 从 eventStore 中查询满足指定条件的事件列表
    GetEvents(request *Request) ([]*info.Event, error)
    // 允许调用方添加一个事件到事件队列中，该方法的执行流程为：
  // 1\. 将 event 添加到 eventStore 中
  // 2\. 遍历所有的 watch，判断是否满足 watch 条件，如果满足，则放入 watch 的 eventChannel 中，这样对应的调用方就能收到该事件
    AddEvent(e *info.Event) error
    // 取消对 watch_id 所要求的事件的监听，从 watchers 中移除 watch 对象，并关闭其 eventChannel
    StopWatch(watch_id int)
}

events

events 类是 EventManager 接口的默认实现类。

type events struct {
  // 按类型存储各种事件
  eventStore map[info.EventType]*utils.TimedStore
  // 已注册的 watch 列表，以 watch id 为key
  watchers map[int]*watch
  // lock guarding the eventStore.
  eventsLock sync.RWMutex
  // lock guarding watchers.
  watcherLock sync.RWMutex
  // 上一个已分配的 watch id，每个 watch 对象都有一个唯一的id。每次有新的 watch 生成时，该值加1
  lastId int
  // 事件存储策略
  storagePolicy StoragePolicy
}

EventChannel

事件通道，用于缓存近期生成的事件。

type EventChannel struct {
// Watch ID. Can be used by the caller to request cancellation of watch events.
watchId int
// Channel on which the caller can receive watch events.
channel chan *info.Event
}

StoragePolicy

StoragePolicy 定义了事件在内存中存储的策略，包括事件存储最大时长（默认24小时）、最大可保存事件数量（默认10w条）、各类型事件事件存储最大时长和最大可保存事件数量。

type StoragePolicy struct {
    // 各类事件默认保留的最大时长
    DefaultMaxAge       time.Duration
  // 各类事件默认保留的最大条数
    DefaultMaxNumEvents int
    // 各类事件保留的最大时长
    PerTypeMaxAge       map[info.EventType]time.Duration
  // 各类事件保留的最大条数
    PerTypeMaxNumEvents map[info.EventType]int
}

指标存储

StorageDriver

StorageDriver 用于将数据转存到外部存储，它的特点是容量较大，但存取速度较慢。

type StorageDriver interface {
  // 添加指标数据
    AddStats(cInfo *info.ContainerInfo, stats *info.ContainerStats) error

    // 将清除存储驱动程序的状态。存储在底层存储器中的元素可以被删除，
  // 也可以不被删除，这取决于存储驱动程序的实现。
    Close() error
}

cAdvisor支持的 StorageDriver 类型有：

• BigQuery

• ElasticSearch

• InfluxDB

• Kafka

• Redis

• Statsd

• stdout

InMemoryCache

InMemoryCache 用于将数据保存在内存中，它的特点是存取速度快，但容量有限。

// 添加指标数据
func (c *InMemoryCache) AddStats(cInfo *info.ContainerInfo, stats *info.ContainerStats) error
// 获取最近一个时间区间的指标数据
func (c *InMemoryCache) RecentStats(name string, start, end time.Time, maxStats int) ([]*info.ContainerStats, error)
// 关闭缓存
func (c *InMemoryCache) Close() error
// 删除指定 Container 关联的指标
func (c *InMemoryCache) RemoveContainer(containerName string) error

StorageDriver注册和初始化流程如下图所示：

指标采集

Collector

type Collector interface {
    // 从当前 collector 中采集指标
  // 返回该 collector 下次需要采集的时间。该接口每次都会返回 collector 下次需要采集的时间，即便发生了错误
  // 如果无需继续采集，该接口返回的时间为0
    Collect(map[string][]v1.MetricVal) (time.Time, map[string][]v1.MetricVal, error)
  // 返回该 collector 关联的所有指标的spec信息
    GetSpec() []v1.MetricSpec
  // collector的名称
    Name() string
}

cAdvisor中Collector接口的实现类有两个：

• PrometheusCollector：Prometheus 指标采集器

• GenericCollector：通用指标采集器

CollectorManager

CollectorManager 用于管理和运行 Collectors。

type CollectorManager interface {
    // 注册一个 collector
    RegisterCollector(collector Collector) error
  // 从所有已经准备就绪的 collector 采集指标，并返回 collector 下次可以被采集的时间。
  // 该接口每次都会返回 collector 下次需要采集的时间，即便发生了错误
  // 如果无需继续采集，该接口返回的时间为0
    Collect() (time.Time, map[string][]v1.MetricVal, error)
    // 获取所有已注册的 collector 关联的指标的spec信息
    GetSpec() ([]v1.MetricSpec, error)
}

GenericCollectorManager

GenericCollectorManager 是 CollectorManager 接口的实现类，用于管理和运行 Collectors。

type GenericCollectorManager struct {
  // 已注册的 Collector 列表
    Collectors         []*collectorData
  // 下次指标采集时间
    NextCollectionTime time.Time
}

核心流程

cAdvisor初始化流程

manager启动流程

Container创建流程

容器指标生成流程

指标采集流程

kubelet与cAdvisor交互流程