Prometheus系统架构与组件说明

本章详细介绍纯自定义原生部署Prometheus监控Kubernetes集群的整体架构、数据流转逻辑、各核心组件功能及依赖关系，明确RBAC、采集组件、核心服务的部署意义，为整体部署流程提供原理支撑。

1、整体架构流程

本次自定义部署采用「分层采集-统一存储计算-可视化告警」的经典监控架构，摒弃Prometheus Operator及CRD资源，所有组件独立部署、配置完全自主可控，架构清晰、运维简单。整体数据流转及组件调用关系如下：

2、分层架构说明

本监控架构分为数据采集层、核心计算存储层、可视化告警层、权限支撑层四层，分层清晰、职责单一：

2.1 数据采集层

负责全方位采集K8s集群各类监控指标，覆盖节点、容器、集群资源三大维度，是监控数据的来源层，包含三个核心采集主体：节点硬件指标采集、容器指标采集、K8s资源状态采集。

2.2 权限支撑层

为监控组件提供K8s集群访问权限，是集群服务发现、资源抓取的基础保障，核心为ServiceAccount及RBAC权限体系，无权限则监控组件无法正常采集数据。

2.3 核心计算存储层

以Prometheus Server为核心，依托自定义配置文件，实现自动化服务发现、定时指标抓取、时序数据存储、告警规则运算，是整个监控系统的中枢核心。

2.4 可视化告警层

面向运维人员提供可视化展示和故障告警能力，Grafana负责数据可视化呈现，Alertmanager负责告警统一处理与推送，实现监控可视化、故障及时感知。

3、各核心组件功能及部署用途

3.1 Namespace 命名空间（monitoring）

为所有监控组件独立创建专属命名空间，实现监控资源与业务资源的物理隔离。统一管理监控相关的Pod、Service、配置、权限资源，方便后续运维管理、资源统计、批量更新与卸载，避免监控资源与业务资源相互干扰。

3.2 ServiceAccount 服务账号

Kubernetes集群内部服务身份凭证，为Prometheus、kube-state-metrics等无状态服务提供集群内合法身份。监控Pod启动后将绑定该账号，用于对接K8s APIServer，是RBAC权限授权的核心主体，组件所有集群资源访问行为均依托该身份完成。

3.3 RBAC 权限体系（ClusterRole、ClusterRoleBinding）

RBAC是自定义部署的核心关键组件，解决监控组件权限不足问题，保障服务发现和指标采集正常运行，分为两部分：

•ClusterRole（集群角色）：定义精细化权限规则，明确监控组件可执行的操作。允许Prometheus获取集群节点、Pod、服务、端点资源信息及监控指标；允许kube-state-metrics监听、列举集群所有K8s资源对象，采集资源状态数据。

•ClusterRoleBinding（集群角色绑定）：将ClusterRole定义的权限，绑定至监控专属ServiceAccount，完成权限授权。实现「身份+权限」的关联，让监控Pod拥有访问集群资源的合法权限，彻底解决权限不足导致的Target下线、服务发现失败、无指标等问题。

3.4 node-exporter（DaemonSet）

集群节点硬件及系统指标专属采集组件，采用DaemonSet方式部署，保证集群每一个节点都会运行一个采集Pod。主要负责采集宿主机底层硬件及系统指标，包含CPU使用率、内存占用、磁盘IO、磁盘使用率、网络流量、系统负载、文件句柄等操作系统层级监控数据，完整覆盖节点基础监控场景。

3.5 kube-state-metrics（Deployment）

Kubernetes集群资源状态专属采集组件，区别于node-exporter的硬件指标采集，该组件专注于K8s原生资源对象状态采集。依托RBAC权限监听APIServer资源变化，采集Node、Pod、Deployment、DaemonSet、StatefulSet、PVC、Namespace、任务副本数、运行状态、重启状态等资源指标，是实现K8s集群资源监控、业务运行状态监控的核心组件。

3.6 kubelet & cAdvisor（集群内置组件）

为K8s集群原生内置组件，无需手动部署。kubelet提供节点健康状态、节点运行状态指标；cAdvisor专注于采集容器层级指标，包含单个容器的CPU、内存、网络、磁盘资源使用率。Prometheus通过K8s服务发现自动抓取该部分指标，实现容器维度的精细化监控。

3.7 Prometheus ConfigMap

Prometheus核心配置挂载载体，以配置卷形式挂载至Prometheus Pod内部。统一存储prometheus.yml主配置文件，定义全局采集间隔、评估间隔、K8s服务发现规则、指标抓取任务、标签重写规则等核心配置。通过ConfigMap管理配置，支持不重启Pod的情况下更新监控配置，提升运维便捷性。

3.8 Prometheus Server

整个监控系统的核心中枢，承接所有采集组件的监控数据，核心能力包含：通过K8s服务发现自动动态发现集群内所有监控目标；定时抓取全维度监控指标；本地存储时序监控数据；根据自定义规则进行告警阈值计算、触发告警；提供PromQL查询接口及Web UI，同时为Grafana可视化提供数据支撑。

3.9 Alertmanager

独立的告警处理组件，与Prometheus解耦部署。接收Prometheus推送的告警信息，实现告警去重、降噪、分组、静默、路由分发，支持将告警推送至钉钉、企业微信、邮件等渠道，统一管理集群故障告警，避免告警风暴，实现故障及时通知。

3.10 Grafana

专业监控可视化组件，对接Prometheus数据源，通过导入成熟监控模板，将原始时序指标转化为直观的趋势图、仪表盘、拓扑图。可视化展示集群节点、容器、业务资源的运行状态，替代Prometheus原生简易UI，为运维人员提供直观、全面的集群监控视图。

4、核心依赖关系总结

权限依赖：所有集群服务发现、资源抓取功能均依赖ServiceAccount+RBAC授权，权限异常会直接导致监控目标离线、无指标；

数据依赖：节点硬件指标依赖node-exporter，K8s资源状态依赖kube-state-metrics，容器指标依赖集群自带cAdvisor；

服务依赖：Prometheus依赖ConfigMap加载配置，Grafana、Alertmanager依赖Prometheus提供的监控数据与告警事件。