构建基于 DCGM-Exporter, Node exporter,PROMETHEUS 和 GRAFANA 构建算力监控系统

引言

本文的是适用对象，是希望通过完全基于Docker ，实现对于一个较小的算力群，比如大学课题组的多台服务器，实现CPU和GPU的资源使用监控。

工具作用

概述

目前的大多数教程都倾向于详细讲解DCGM，Node exporter，PROMETHEUS 和 GRAFANA 的概念，设计和作用，使得这一系统的部署问题变得非常复杂。本文倾向于直接部署直接应用，所以不死磕原理，而直接概述其作用，能够基本认识到它们的作用，然后实现部署。

DCGM-Exporter

GitHub: https://github.com/NVIDIA/dcgm-exporter
作用：DCGM-Exporter 主要用于收集主机或者节点上的GPU的数据，并且通过端口暴露数据。

Node exporter

GitHub: https://github.com/prometheus/node_exporter
作用：Node exporter 主要用于收集主机或者节点上的CPU，内存，磁盘等硬件信息，并且通过端口暴露数据。

PROMETHEUS

GitHub: https://github.com/prometheus/prometheus
作用：Prometheus 主要是作为数据库存储各个主机和节点所暴露出的数据。

GRAFANA

-GitHub: https://github.com/grafana/grafana

作用：grafana 则是通过面板将监控数据进行可视化或者其他操作。

小结

Node exporter 和 DCGM-Exporter 分别用于收集主机或者节点上的数据；而 PROMETHEUS 则负责存储这些数据；GRAFANA 最后将这些监控数据可视化呈现。

部署

单容器

我们可以通过docker命令在主机或者节点上部署容器实现对应的服务

DCGM-Exporter

对于DCGM-Exporter，参考 https://github.com/NVIDIA/dcgm-exporter，我们可以参考它的官方文档的命令予以部署

docker run -d --gpus all --rm -p 9400:9400 nvcr.io/nvidia/k8s/dcgm-exporter:3.3.8-3.6.0-ubuntu22.04

但是其实这个命令可以优化一下，加入自动重启的参数，因为对应的机器偶尔难免需要重启，每次人为的重启容器非常麻烦。同时也需要对应的配置Docker 重启，改进后的命令如下：

docker run -d --restart=always --gpus all -p 9400:9400 nvcr.io/nvidia/k8s/dcgm-exporter:3.3.6-3.4.2-ubuntu22.04

这样一来，DCGM-Exporter 的数据将通过主机的 9400端口暴露。

Node exporter

对于Node exporter，参考https://github.com/prometheus/node_exporter，文档所推荐的命令为

docker run -d \--net="host" \--pid="host" \-v "/:/host:ro,rslave" \quay.io/prometheus/node-exporter:latest \--path.rootfs=/host

同样可以加入自动重启的参数，改进后的命令为

docker run -d --restart=always\
--net="host" \
--pid="host" \
-v "/:/host:ro,rslave" \
quay.io/prometheus/node-exporter:latest \
--path.rootfs=/host

这样一来，Node exporter 的数据将通过主机的 9100端口暴露。

PROMETHEUS

前面已经提到，DCGM-Exporter 和 Node exporter 暴露数据以后，我们需要 PROMETHEUS 将数据保存起来，所以我们需要通过配置文件告诉 PROMETHEUS 暴露数据的exporter 在哪里，
所以我们需要编写配置文件，以Node exporter 为例，我们可以编写 ·prometheus_cpu.yml· 的配置文件：

# my global config
global:scrape_interval: 15s # Set the scrape interval to every 15 seconds. Default is every 1 minute.evaluation_interval: 15s # Evaluate rules every 15 seconds. The default is every 1 minute.# scrape_timeout is set to the global default (10s).# Alertmanager configuration
alerting:alertmanagers:- static_configs:- targets:# - alertmanager:9093# Load rules once and periodically evaluate them according to the global 'evaluation_interval'.
rule_files:# - "first_rules.yml"# - "second_rules.yml"# A scrape configuration containing exactly one endpoint to scrape:
# Here it's Prometheus itself.
scrape_configs:# The job name is added as a label `job=<job_name>` to any timeseries scraped from this config.- job_name: "NAME YOU LIKE"static_configs:- targets: ['1.1.1.1:9100']labels:instance: 'name1'- targets: ['2.2.2.2:9100']labels:instance: 'name2'- targets: ['3.3.3.3:9100']labels:instance: 'name3'- targets: ['4.4.4.4:9100']labels:instance: 'name4'

因为 prometheus 是一个数据库容器，所以我们需要对它做数据持久化，把它的数据挂载在本地，所以我们可以运行如下命令进行部署

sudo docker run -d \
--restart=always \
--net="host" \
--pid="host" \
-v "/home/xxx/node_export_data:/host:ro,rslave" \
-v "./prometheus_cpu.yml:/etc/prometheus/prometheus.yml" \
-p 9090:9090
quay.io/prometheus/node-exporter:latest \
--path.rootfs=/host

对于 DCGM-Exporter 所对应的GPU的数据同理操作即可。
于是我们可以通过我们所配置的9090端口访问prometheus。

GRAFANA

在数据成功由 prometheus 保存以后，接下来我们需要使用面板将其可视化
此时可以部署GRAFANA 实现，按照官方文档的描述，可以通过运行

docker run -d -p 3000:3000 --name=grafana grafana/grafana-enterprise

来运行 GRAFANA ，然后访问对应的3000即可。
需要注意的是，对于不同的node exporter 需要使用不同的dashboard

Node exporter：Node Exporter Full
DCGM-Exporter: NVIDIA DCGM Exporter Dashboard

Node exporter

在这里插入图片描述
图源：https://grafana.com/api/dashboards/1860/images/7994/image

DCGM-Exporter

在这里插入图片描述
图源：https://grafana.com/api/dashboards/12239/images/8088/image

然后我们通过登录 GRAFANA ，配置prometheus数据源，选择不同的dashboard，即可实现监控数据的可视化；

多容器

事实上，当我们面对一个计算机集群部署时候，我们不太可能逐容器部署，我们往往会在需要监控的机器上部署DCGM-Exporter和Node exporter，而选择一台机器作为Server，来同时承担 PROMETHEUS 和 GRAFANA 的角色，并且这台机器本身可能也要部署 DCGM-Exporter和Node exporter，于是，我们需要使用Docker compose 实现多容器同时部署；

Node exporter

对于本机的 Node exporter，我们依然是单独部署，然后在配置prometheus时，使用主机IP地址

      - targets: ['1.2.3.6:9100']labels:instance: 'localhost'

DCGM-Exporter

对于本机的DCGM-Exporter，则可以通过Docker compose 一次性部署；
假如我们在docker compose 里为 DCGM-Exporter 取的名字是gpu_exporter
则在编写prometheus_gpu.yml时，我们可以直接配置

      - targets: ['gpu_exporter:9400']labels:instance: 'localhost'

Docker Compose

加入我们已经提前写好了 prometheus_cpu.yml 和 prometheus_gpu.yml
那么我们可以同时在一台机器上部署 DCGM-Exporter, PROMETHEUS 和 GRAFANA，docker-compose.yml的内容如下：

version: '3.8'services:prometheus_cpu:image: prom/prometheus:latestcontainer_name: prometheus_cpuuser: rootvolumes:- /path/prometheus_cpu.yml:/etc/prometheus/prometheus.yml- /path/prometheus_cpu_data:/prometheus command:- '--config.file=/etc/prometheus/prometheus.yml'- '--storage.tsdb.path=/prometheus/'- '--storage.tsdb.retention.time=45d'ports:- "9200:9090"networks:- monitoringprometheus_gpu:image: prom/prometheus:latestcontainer_name: prometheus_gpuuser: rootvolumes:- /path/prometheus_gpu.yml:/etc/prometheus/prometheus.yml- /path/prometheus_gpu_data:/prometheus command:- '--config.file=/etc/prometheus/prometheus.yml'- '--storage.tsdb.path=/prometheus/'- '--storage.tsdb.retention.time=45d'ports:- "9800:9090"networks:- monitoringdepends_on:- gpu_exportergpu_exporter:image: nvidia/dcgm-exporter:3.3.6-3.4.2-ubuntu22.04container_name: gpu_exporterruntime: nvidiaenvironment:- NVIDIA_VISIBLE_DEVICES=allports:- "9400:9400"networks:- monitoringdeploy:resources:reservations:devices:- capabilities: [gpu]networks:monitoring:driver: bridge

理论上来说，可以同时部署上 GRAFANA，但是因为我们在部署的时候并没有成功，后面把 GRAFANA 部署到另外一台机器上得以实现；
但是此处想重点表达的是 prometheus_cpu 和 prometheus_gpu 和 gpu_exporter 是可以实现一次性部署的。
此处可以给出一个由GitHub Copilot 协助完成的完整的docker-compose.yml 以供参考

version: '3.8'services:prometheus_cpu:image: prom/prometheus:latestcontainer_name: prometheus_cpuuser: rootvolumes:- /path/prometheus_cpu.yml:/etc/prometheus/prometheus.yml- /path/prometheus_cpu_data:/prometheus command:- '--config.file=/etc/prometheus/prometheus.yml'- '--storage.tsdb.path=/prometheus/'- '--storage.tsdb.retention.time=45d'ports:- "9200:9090"networks:- monitoringprometheus_gpu:image: prom/prometheus:latestcontainer_name: prometheus_gpuuser: rootvolumes:- /path/prometheus_gpu.yml:/etc/prometheus/prometheus.yml- /path/prometheus_gpu_data:/prometheus command:- '--config.file=/etc/prometheus/prometheus.yml'- '--storage.tsdb.path=/prometheus/'- '--storage.tsdb.retention.time=45d'ports:- "9800:9090"networks:- monitoringdepends_on:- gpu_exportergpu_exporter:image: nvidia/dcgm-exporter:3.3.6-3.4.2-ubuntu22.04container_name: gpu_exporterruntime: nvidiaenvironment:- NVIDIA_VISIBLE_DEVICES=allports:- "9400:9400"networks:- monitoringdeploy:resources:reservations:devices:- capabilities: [gpu]grafana:image: grafana/grafana:latestcontainer_name: grafanaports:- "3000:3000"environment:- GF_SECURITY_ADMIN_PASSWORD=adminvolumes:- grafana_data:/var/lib/grafananetworks:- monitoringdepends_on:- prometheus_cpu- prometheus_gpunetworks:monitoring:driver: bridgevolumes:grafana_data: