基于Elastic Stack的海量日志分析平台实践

背景

随着58集团业务的飞速发展，日志数量也呈现指数级增长。传统的日志处理方案，已不再适用，此时急需一套功能强大、稳定可靠的日志处理系统。

为解集团燃眉之急，DB部门自2018年初着手调研解决方案，经多方论证，最终确定使用Elastic Stack处理海量日志数据。

通过Elastic Stack搭建的集中式日志系统，具有以下几个主要特点：

• 收集－能够采集多种来源的日志数据；
• 传输－能够稳定的把日志数据传输到中央系统；
• 存储－如何存储日志数据；
• 分析－可以支持 UI 分析；
• 警告－能够提供错误报告，监控机制；
  

Elastic Stack在提供了一整套解决方案的同时，可与其他开源软件之间互相配合使用，完美衔接，高效的满足了很多场合的应用。

Elastic Stack简介

Elastic Stack包括Beats、Elasticsearch、Logstash、Kibana、APM等，ELK是其核心套件。

Elasticsearch是实时全文搜索和分析引擎，提供搜集、分析、存储数据三大功能；是一套开放REST和JAVA API等结构提供高效搜索功能，可扩展的分布式系统。它构建于Apache Lucene搜索引擎库之上。

Logstash是一个用来搜集、分析、过滤日志的工具。它支持几乎任何类型的日志，包括系统日志、错误日志和自定义应用程序日志。它可以从许多来源接收日志，这些来源包括 syslog、消息传递（例如 RabbitMQ）和JMX，它能够以多种方式输出数据，包括电子邮件、websockets和Elasticsearch。

Kibana是一个基于Web的图形界面，用于搜索、分析和可视化存储在 Elasticsearch指标中的日志数据。它利用Elasticsearch的REST接口来检索数据，不仅允许用户创建他们自己的数据的定制仪表板视图，还允许他们以特殊的方式查询和过滤数据。

Beats是轻量级数据采集工具，包括：

1.Packetbeat（搜集网络流量数据）；

2.Topbeat（搜集系统、进程和文件系统级别的 CPU 和内存使用情况等数据）；

3.Filebeat（搜集文件数据）；

4.Winlogbeat（搜集 Windows 事件日志数据）

5.Metricbeat（收集系统级的 CPU 使用率、内存、文件系统、磁盘 IO 和网络 IO 统计数据）；

6.Auditbeat（采集linux审计日志）；

系统架构

第一种ELK架构，是最简单的一种ELK架构方式。优点是搭建简单，易于上手。缺点是Logstash耗资源较大，运行占用CPU和内存高。另外没有消息队列缓存，存在数据丢失隐患。建议小规模集群使用。此架构首先由Logstash分布于各个节点上搜集相关日志、数据，并经过分析、过滤后发送给远端服务器上的Elasticsearch进行存储。

Elasticsearch将数据以分片的形式压缩存储并提供多种API供用户查询，操作。用户亦可以更直观的通过配置Kibana Web Portal方便的对日志查询，并根据数据生成报表。

第二种架构，引入了消息队列机制，位于各个节点上的Logstash Agent先将数据/日志传递给Kafka（或者Redis），并将队列中消息或数据间接传递给Logstash，Logstash过滤、分析后将数据传递给Elasticsearch存储。最后由Kibana将日志和数据呈现给用户。因为引入了Kafka（或者Redis）,所以即使远端Logstash server因故障停止运行，数据将会先被存储下来，从而避免数据丢失。这种架构适合于较大集群的解决方案，但由于Logstash中心节点和Elasticsearch的负荷会比较重，可将他们配置为集群模式，以分担负荷，这种架构的优点在于引入了消息队列机制，均衡了网络传输，从而降低了网络闭塞尤其是丢失数据的可能性，但依然存在Logstash占用系统资源过多的问题。

第三种架构，引入了Logstash-forwarder。首先，Logstash-forwarder将日志数据搜集并统一发送给主节点上的Logstash，Logstash分析、过滤日志数据后发送至Elasticsearch存储，并由Kibana最终将数据呈现给用户。这种架构解决了Logstash在各计算机点上占用系统资源较高的问题。经测试得出，相比Logstash，Logstash-forwarder所占用系统CPU和MEM几乎可以忽略不计。另外，Logstash-forwarder和Logstash间的通信是通过SSL加密传输，起到了安全保障。如果是较大集群，用户亦可以如结构三那样配置logstash集群和Elasticsearch集群，引入High Available机制，提高数据传输和存储安全。更主要的配置多个Elasticsearch服务，有助于搜索和数据存储效率。但在此种架构下发现Logstash-forwarder和Logstash间通信必须由SSL加密传输，这样便有了一定的限制性。

第四种架构，将Logstash-forwarder替换为Beats。经测试，Beats满负荷状态所耗系统资源和Logstash-forwarder相当，但其扩展性和灵活性有很大提高。Beats platform目前包含有Packagebeat、Topbeat和Filebeat三个产品，均为Apache 2.0 License。同时用户可根据需要进行二次开发。这种架构原理基于第三种架构，但是更灵活，扩展性更强。同时可配置Logstash 和Elasticsearch 集群用于支持大集群系统的运维日志数据监控和查询。

系统架构一个例子：MySQL日志审计系统

MySQL日志审计系统，采用percona audit插件审计MySQL的访问情况，结果记录到指定文件中。通过Rsyslog将每个MySQL审计日志集中到Rsyslog Server的指定目录中，使用filebeat监控文件变化，上报到kafka。使用Logstash消费数据，把数据过滤切割后，写入ES中，用户通过kibana查询相关数据。

系统架构图如下：

由于使用Percona版本的MySQL Server，因此审计采用Percona的审计插件。为了避免消耗过多性能，审计日志只记录连接情况，输出到文件中。

收集到的审计日志，通过Rsyslog的imfile模块，采集审计日志，发送到Rsyslog Server上统一存储。

Rsyslog上接收到的文件，通过filebeat上报kafka。之后，Logstash负责消费kafka的数据，过滤切割后，写入到ES中。用户可以在kibana中查询自己所需的数据，如下图：

总结

目前，上报到公司kafka的日志，皆可接入数据库部门的ES，可通过kibana统一查询、分析，协助排查错误、分析性能。后续通过接入更多的beats组件，来丰富ES日志平台的使用场景。

作者简介

旋凯，58集团高级DBA，负责大规模MySQL数据库集群架构设计和性能优化，新型数据库如Elasticsearch、TiDB等前沿技术的调研及在58各种业务场景下的落地和实践。