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Filebeat+Kafka+Logstash+Elasticsearch+Kibana 构建日志分析系统

zuozewei 发表于 2021/10/30 17:27:10 2021/10/30

【摘要】在企业实际项目中，elk 是比较成熟且广泛使用的技术方案。logstash 性能稍弱于 filebeat，一般不直接运行于采集点，推荐使用filebeat。在日志进入elk前，从经验性角度，前置 kafka，一方面作为队列和缓冲，另一方面提供了统一的入口渠道。

前言

随着时间的积累，日志数据会越来越多，当你需要查看并分析庞杂的日志数据时，可通过 Filebeat+Kafka+Logstash+Elasticsearch 采集日志数据到 Elasticsearch（简称ES）中，并通过 Kibana 进行可视化展示与分析。

本文介绍具体的实现方法。

背景信息

Kafka 是一种分布式、高吞吐、可扩展的消息队列服务，广泛用于日志收集、监控数据聚合、流式数据处理、在线和离线分析等大数据领域，已成为大数据生态中不可或缺的部分。在实际应用场景中，为了满足大数据实时检索的需求，一般可以使用 Filebeat 采集日志数据，将 Kafka 作为 Filebeat 的输出端。Kafka 实时接收到 Filebeat 采集的数据后，以 Logstash 作为输出端输出。输出到 Logstash 中的数据在格式或内容上可能不能满足你的需求，此时可以通过 Logstash 的 filter 插件过滤数据。最后将满足需求的数据输出到 ES 中进行分布式检索，并通过 Kibana 进行数据分析与展示。

简单处理流程如下：

三、操作流程

准备工作：
- 完成环境准备
- 包括创建对应服务
- 安装 Filebeat 。
配置 Filebeat：配置 Filebeat 的 input 为系统日志，outpu 为 Kafka，将日志数据采集到 Kafka 的指定 Topic 中。
配置 Logstash 管道：配置 Logstash 管道的 input 为 Kafka，output 为ES，使用 Logstash 消费 Topic 中的数据并传输到ES 中。
查看日志消费状态：在消息队列 Kafka 中查看日志数据的消费的状态，验证日志数据是否采集成功。
通过 Kibana 过滤日志数据：在 Kibana 控制台的 Discover 页面，通过 Filter 过滤出 Kafka 相关的日志。

准备工作

CenterOS 7.6 版本，推荐 8G 以上内存。

Docker 环境

执行命令如下：

# 在 docker 节点执行
# 腾讯云 docker hub 镜像
# export REGISTRY_MIRROR="https://mirror.ccs.tencentyun.com"
# DaoCloud 镜像
# export REGISTRY_MIRROR="http://f1361db2.m.daocloud.io"
# 阿里云 docker hub 镜像
export REGISTRY_MIRROR=https://registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com

# 安装 docker
# 参考文档如下
# https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/centos/ 
# https://docs.docker.com/install/linux/linux-postinstall/

# 卸载旧版本
yum remove -y docker \
docker-client \
docker-client-latest \
docker-ce-cli \
docker-common \
docker-latest \
docker-latest-logrotate \
docker-logrotate \
docker-selinux \
docker-engine-selinux \
docker-engine

# 设置 yum repository
yum install -y yum-utils \
device-mapper-persistent-data \
lvm2
yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

# 安装并启动 docker
yum install -y docker-ce-19.03.11 docker-ce-cli-19.03.11 containerd.io-1.2.13

mkdir /etc/docker || true

cat > /etc/docker/daemon.json <<EOF
{
  "registry-mirrors": ["${REGISTRY_MIRROR}"],
  "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
  "log-driver": "json-file",
  "log-opts": {
    "max-size": "100m"
  },
  "storage-driver": "overlay2",
  "storage-opts": [
    "overlay2.override_kernel_check=true"
  ]
}
EOF

mkdir -p /etc/systemd/system/docker.service.d

# Restart Docker
systemctl daemon-reload
systemctl enable docker
systemctl restart docker

# 关闭 防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld

# 关闭 SeLinux
setenforce 0
sed -i "s/SELINUX=enforcing/SELINUX=disabled/g" /etc/selinux/config

# 关闭 swap
swapoff -a
yes | cp /etc/fstab /etc/fstab_bak
cat /etc/fstab_bak |grep -v swap > /etc/fstab

验证下 docker info：

[root@vm-1]# docker info
Client:
 Debug Mode: false

Server:
 Containers: 16
  Running: 11
  Paused: 0
  Stopped: 5
 Images: 22
 Server Version: 19.03.11
 Storage Driver: overlay2
  Backing Filesystem: xfs
  Supports d_type: true
  Native Overlay Diff: true
 Logging Driver: json-file
 Cgroup Driver: systemd
 Plugins:
  Volume: local
  Network: bridge host ipvlan macvlan null overlay
  Log: awslogs fluentd gcplogs gelf journald json-file local logentries splunk syslog
 Swarm: inactive
 Runtimes: runc
 Default Runtime: runc
 Init Binary: docker-init
 containerd version: 7ad184331fa3e55e52b890ea95e65ba581ae3429
 runc version: dc9208a3303feef5b3839f4323d9beb36df0a9dd
 init version: fec3683
 Security Options:
  seccomp
   Profile: default
 Kernel Version: 3.10.0-1127.el7.x86_64
 Operating System: CentOS Linux 7 (Core)
 OSType: linux
 Architecture: x86_64
 CPUs: 4
 Total Memory: 11.58GiB
 Name: vm-autotest-server
 ID: KQ5B:KAG5:LLB5:CUD4:NQZX:4GHL:5XLY:FM7X:KRJ5:X3WK:42GV:QLON
 Docker Root Dir: /var/lib/docker
 Debug Mode: false
 Registry: https://index.docker.io/v1/
 Labels:
 Experimental: false
 Insecure Registries:
  172.16.62.179:5000
  127.0.0.0/8
 Registry Mirrors:
  https://registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/
 Live Restore Enabled: false

Docker Compose 环境

Docker Compose是一个用于定义和运行多个 docker 容器应用的工具。使用 Compose 你可以用 YAML 文件来配置你的应用服务，然后使用一个命令，你就可以部署你配置的所有服务了。

 # 下载 Docker Compose
 sudo curl -L "https://github.com/docker/compose/releases/download/1.29.2/docker-compose-$(uname -s)-$(uname -m)" -o /usr/local/bin/docker-compose
 
 # 修改该文件的权限为可执行
 chmod +x /usr/local/bin/docker-compose
 
 # 验证信息
docker-compose --version

版本准备

组件	版本	部署方式
elasticsearch	7.6.2	Docker Compose
logstash	7.6.2	Docker Compose
kibana	7.6.2	Docker Compose
zookeeper	latest	Docker Compose
kafka	latest	Docker Compose
filebeat	7.4.2	二进制

环境初始化

执行命令如下：

# 需要设置系统内核参数，否则 ES 会因为内存不足无法启动
# 改变设置
sysctl -w vm.max_map_count=262144
# 使之立即生效
sysctl -p



# 创建 logstash 目录，并将 Logstash 的配置文件 logstash.conf 拷贝到该目录
mkdir -p /mydata/logstash

# 需要创建 elasticsearch/data 目录并设置权限，否则 ES 会因为无权限访问而启动失败
mkdir -p /mydata/elasticsearch/data/
chmod 777 /mydata/elasticsearch/data/

服务安装

docker-compose.yml 文件内容为：

version: '3'
services:
  elasticsearch:
    image: elasticsearch:7.6.2
    container_name: elasticsearch
    user: root
    environment:
      - "cluster.name=elasticsearch" #设置集群名称为elasticsearch
      - "discovery.type=single-node" #以单一节点模式启动
    volumes:
      - /mydata/elasticsearch/plugins:/usr/share/elasticsearch/plugins #插件文件挂载
      - /mydata/elasticsearch/data:/usr/share/elasticsearch/data #数据文件挂载
      - /etc/localtime:/etc/localtime:ro
      - /usr/share/zoneinfo:/usr/share/zoneinfo
    ports:
      - 9200:9200
      - 9300:9300
    networks:
      - elastic

  logstash:
    image: logstash:7.6.2
    container_name: logstash
    environment:
      - TZ=Asia/Shanghai
    volumes:
      - /mydata/logstash/logstash.conf:/usr/share/logstash/pipeline/logstash.conf #挂载logstash的配置文件
    depends_on:
      - elasticsearch #kibana在elasticsearch启动之后再启动
    links:
      - elasticsearch:es #可以用es这个域名访问elasticsearch服务
    ports:
      - 5044:5044
    networks:
      - elastic

  kibana:
    image: kibana:7.6.2
    container_name: kibana
    links:
      - elasticsearch:es #可以用es这个域名访问elasticsearch服务
    depends_on:
      - elasticsearch #kibana在elasticsearch启动之后再启动
    environment:
      - "elasticsearch.hosts=http://es:9200" #设置访问elasticsearch的地址
      - /etc/localtime:/etc/localtime:ro
      - /usr/share/zoneinfo:/usr/share/zoneinfo
    ports:
      - 5601:5601
    networks:
      - elastic

  zookeeper:
    image: wurstmeister/zookeeper
    container_name: zookeeper
    volumes:
      - /mydata/zookeeper/data:/data
      - /mydata/zookeeper/log:/datalog
      - /etc/localtime:/etc/localtime:ro
      - /usr/share/zoneinfo:/usr/share/zoneinfo
    networks:
      - elastic
    ports:
      - "2181:2181"

  kafka:
    container_name: kafka
    image: wurstmeister/kafka
    depends_on:
      - zookeeper
    volumes:
      - /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock
      - /mydata/kafka:/kafka
      - /etc/localtime:/etc/localtime:ro
      - /etc/localtime:/etc/localtime:ro
    links:
      - zookeeper
    ports:
      - "9092:9092"
    networks:
      - elastic
    environment:
      - KAFKA_LISTENERS=INTERNAL://kafka:9092, OUT://kafka:29092
      - KAFKA_ADVERTISED_LISTENERS=INTERNAL://kafka:9092, OUT://kafka:29092
      - KAFKA_LISTENER_SECURITY_PROTOCOL_MAP=INTERNAL:PLAINTEXT,OUT:PLAINTEXT
      - KAFKA_INTER_BROKER_LISTENER_NAME=OUT
      - KAFKA_ZOOKEEPER_CONNECT=zookeeper:2181
      - KAFKA_MESSAGE_MAX_BYTES=2000000
      - KAFKA_CREATE_TOPICS=logs:1:1

networks:
  elastic:

将该文件上传的 linux 服务器上，执行 docker-compose up 命令即可启动所有服务。

[root@vm-1]# docker-compose -f docker-compose.yml up -d
[root@vm-1]# docker-compose ps
    Name                   Command               State                         Ports                       
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
elasticsearch   /usr/local/bin/docker-entr ...   Up      0.0.0.0:9200->9200/tcp, 0.0.0.0:9300->9300/tcp    
kafka           start-kafka.sh                   Up      0.0.0.0:9092->9092/tcp                            
kibana          /usr/local/bin/dumb-init - ...   Up      0.0.0.0:5601->5601/tcp                            
logstash        /usr/local/bin/docker-entr ...   Up      0.0.0.0:5044->5044/tcp, 9600/tcp                  
zookeeper       /bin/sh -c /usr/sbin/sshd  ...   Up      0.0.0.0:2181->2181/tcp, 22/tcp, 2888/tcp, 3888/tcp
[root@vm-autotest-server elk]#

filebeat 客户端安装方式：

curl -L -O https://artifacts.elastic.co/downloads/beats/filebeat/filebeat-7.4.2-linux-x86_64.tar.gz

tar xzvf filebeat-7.4.2-linux-x86_64.tar.gz
cd filebeat-7.4.2-linux-x86_64

服务设置

当所有依赖服务启动完成后，需要对以下服务进行一些设置。

# elasticsearch 需要安装中文分词器 IKAnalyzer，并重新启动。
docker exec -it elasticsearch /bin/bash
#此命令需要在容器中运行
elasticsearch-plugin install https://github.com/medcl/elasticsearch-analysis-ik/releases/download/v7.6.2/elasticsearch-analysis-ik-7.6.2.zip
docker restart elasticsearch

# logstas h需要安装 json_lines 插件，并重新启动。
docker exec -it logstash /bin/bash
logstash-plugin install logstash-codec-json_lines
docker restart logstash

配置 Filebeat

修改 filebeat.yml 文件内容

ilebeat.inputs:
- type: log
  enabled: true
  paths:
    - /var/log/nginx/*.log


filebeat.config.modules:
  path: ${path.config}/modules.d/*.yml
  reload.enabled: false

setup.template.settings:
  index.number_of_shards: 1

setup.dashboards.enabled: false

setup.kibana:
  host: "http://kafka:5601"
output.kafka:
    hosts: ["kafka:9092"]
    topic: 'logs'
    codec.json:
      pretty: false

参数说明：

参数	说明
type	输入类型。设置为log，表示输入源为日志。
enabled	设置配置是否生效。true表示生效，false表示不生效。
paths	需要监控的日志文件的路径。多个日志可在当前路径下另起一行写入日志文件路径。
hosts	消息队列Kafka实例的接入点。
topic	日志输出到消息队列Kafka的Topic，请指定为已创建的Topic。

注意：
客户端 hosts 添加 kafka 对应 server 的 ip 地址以及 filebeat 配置建议使用 ansible。

[root@vm-1# cat /etc/hosts
172.16.62.179 kafka

# 客户端启动服务
[root@vm-1#./filebeat &

更多配置请参见：

有关 filebeat 的 log input 的配置介绍见官网文档：https://www.elastic.co/guide/en/beats/filebeat/current/filebeat-input-log.html
有关 filebeat output 到 kafka 的配置介绍见官方文档：https://www.elastic.co/guide/en/beats/filebeat/current/kafka-output.html

配置 Logstash 管道

修改 logstash.conf 内容：

input {
#    # 来源beats
#    beats {
        # 端口
#        port => "5044"
#    }
  kafka {
    bootstrap_servers => "kafka:29092"
    topics => ["logs"]
    group_id => "logstash"
    codec => json
  }

}


# 分析、过滤插件，可以多个
# filter {
#    grok {
#        match => { "message" => "%{COMBINEDAPACHELOG}"}
#    }
#    geoip {
#        source => "clientip"
#    }
# }


output {
    # 选择elasticsearch
    elasticsearch {
        hosts => ["http://es:9200"]
        #index => "%{[@metadata][beat]}-%{[@metadata][version]}-%{+YYYY.MM.dd}"
        index => "logs-%{+YYYY.MM.dd}"
    }
}

input 参数说明：

参数	说明
bootstrap_servers	消息队列 Kafka 实例的接入点
group_id	指定已创建的 Consumer Group 的名称。
topics	指定为已创建的 Topic 的名称，需要与 Filebeat 中配置的 Topic 名称保持一致。
codec	设置为 json，表示解析 JSON 格式的字段，便于在 Kibana 中分析。

output 参数说明：

参数	说明
hosts	ES的访问地址，取值为http://<es内网地址>:9200。
user	访问 ES 的用户名，默认为 elastic。
password	访问 ES 的密码。
index	索引名称。设置为 logs‐%{+YYYY.MM.dd} 表示索引名称以 logs 为前缀，以日期为后缀，例如 logs-2021.09.28。

注意：
logstash 中最为关键的地方在于 filter,为了调试 filter 的配置。

更多配置请参见：

有关 logstash 中 kafka-input 的配置介绍见官方文档：https://www.elastic.co/guide/en/logstash/current/plugins-inputs-kafka.html
有关 logstash 中grok-filter 的配置介绍见官方文档：https://www.elastic.co/guide/en/logstash/current/plugins-filters-grok.html
有关 logstash 中 output-elasticsearch 的配置介绍见官方文档：https://www.elastic.co/guide/en/logstash/current/plugins-outputs-elasticsearch.html

查看 kafka 日志消费状态

操作命令如下：

# 进入容器
docker exec -it kafka bash

# kafka 默认安装在 /opt/kafka
cd opt/kafka

# 要想查询消费数据，必须要指定组
bash-5.1# bin/kafka-consumer-groups.sh --bootstrap-server 172.16.62.179:9092 --list
logstash

# 查看 topic
bash-5.1# bin/kafka-topics.sh --list --zookeeper 172.16.62.179:2181
__consumer_offsets
logs

# 查看消费情况
bash-5.1# bin/kafka-consumer-groupsdescribe --bootstrap-server 172.16.62.179:9092 --group logstash

GROUP           TOPIC           PARTITION  CURRENT-OFFSET  LOG-END-OFFSET  LAG             CONSUMER-ID                                     HOST            CLIENT-ID
logstash        logs            0          107335          107335          0               logstash-0-c6d82a1c-0f14-4372-b49f-8cd476f54d90 /172.19.0.2     logstash-0

#参数解释：
#--describe  显示详细信息
#--bootstrap-server 指定kafka连接地址
#--group 指定组。

字段解释：

TOPIC	PARTITION	CURRENT-OFFSET	LOG-END-OFFSET	LAG	CONSUMER-ID	HOST	CLIENT-ID
topic名字	分区id	当前已消费的条数	总条数	未消费的条数	消费id	主机ip	客户端id

从上面的信息可以看出，topic 为 logs 总共消费了 107335 条信息，未消费的条数为 0。也就是说，消费数据没有积压的情况.

查看 ES 内容

通过 elasticsearch-head 插件查看 ES 中是否收到了由 logstash 发送过来的日志

通过 Kibana 过滤日志数据

创建 index-pattern

打开 es，进入首页后，点击“connect to your Elasticsearch index”

填入 es 中的索引名，支持正则匹配，输入 Index pattern（本文使用 logs-*），单击 Next step。

选择“@timestamp”作为时间过滤字段，然后点击“create index pattern”：

创建完成后：

查看日志

在左侧导航栏，单击 Discover。

从页面左侧的下拉列表中，选择已创建的索引模式（logs-*）。
在页面右上角，选择一段时间，查看对应时间段内的 Filebeat 采集的日志数据。

小结

在企业实际项目中，elk 是比较成熟且广泛使用的技术方案。logstash 性能稍弱于 filebeat，一般不直接运行于采集点，推荐使用filebeat。在日志进入elk前，从经验性角度，前置 kafka，一方面作为队列和缓冲，另一方面提供了统一的入口渠道。

源码地址：

https://github.com/zuozewei/blog-example/tree/master/Performance-testing/04-full-link/Filebeat-Kafka-Logstash-Elasticsearch-Kibana

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