1. 监控系统的功能概述
监控，从中文的字义来看，有两个内容，一是监测，二是控制，重点在第一个字眼“监”上，即监测、预防的意思。监 控 ， 对 应 的 英 文 单 词 是 Monitoring 。 按 照 维 基 百 科 对 于Monitoring 的 分 类 （ 链接地址是https://en.wikipedia.org/wiki/Monitoring），在计算机领域，可以将其分为5种监控类型。
- 应用性能监控（Application Performance Monitoring）。
- 业务交易监控（Business Transaction Monitoring）。
- 网络性能监控（Network Monitoring）。
- 操作系统监控（System Monitoring）。
-
网络站点监控（Website Monitoring）。
在任何一个IT业务环境中，都会存在各种各样的硬件设备、软件应用等。按照逻辑层次划分，我们可以将其划分为如图所示的模型。
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多种应用构成了复杂的IT业务系统，如何保证这些资源正常运转，是各公司内IT部门的重要职责。要让这些应用能够稳定地运行，则需要专业的IT人员进行规划、设计、架构、维护和调优。在这个过程中，为了及时掌控基础环境和业务应用系统的可用性，需要获取各个组件的运行状态，如CPU的利用率、系统的负载、服务的运行、端口的连通、带宽流量、网站访问状态码等信息，而这一切都离不开监控系统的支撑。
2. 监控系统的实现原理
2.1 模块组成
一个监控系统的组成大体可以分为两部分：数据采集部分（客户端）和数据存储分析告警展示部分（服务器端），如图所示。这两部分构成了监控系统的基本模型。
对于采集到的监控数据，可以将其存储到数据库或者文本或者其他方式，具体采用哪一种，应根据实际需求来决定。
怎么规划监控系统的架构设计呢？下面将详细分析。
对于一般的监控环境，被监控的节点不多，产生的数据较少，采用C/S（Client/Server，客户端/服务器端）架构就足够了，如图1-4 所示，这种架构适合于规模较小、处于同一地域的环境。
对于大规模的监控环境，被监控的节点多，且监控类型多，监控产生的数据和网络连接开销会非常巨大，而且由于跨地域等多种因素，需要分布式的解决方案，常见的方式为C/P/S（Client/Proxy/Server，客户端/代理端/服务器端）架构（如图所示），采用中间代理将大大提高监控服务器端的处理速度，从而能支撑构建大型分布式监控的环境。
2.2 系统组成
2.3 采集协议
按照支持的协议方式，监控系统数据采集可以分为两种：专用客户端采集和公用协议采集（SNMP、IPMI、SSH、Telnet等），如图所示。
2.4 采集模式
监控系统数据采集的工作模式可以分为被动模式（从服务器端到客户端采集数据，对应的英文单词是pull）和主动模式（客户端主动上报数据到服务器端，对应的英文单词是push）两种，如图所示。通常，大多数监控系统都应该能同时支持这两种工作模式，但不同的监控系统由于采集技术不同，仅有部分能够同时支持这两种工作模式。
一般来说，被动模式对监控控制端服务器的开销较大，适合小规模的监控环境；主动模式对监控控制端服务器的开销较小，适合大规模的监控环境。
2.5 监控指标
监控系统通常都支持一些常见的监控采集指标，如操作系统监控、应用程序监控等。部分常见的监控指标如表所示。
2.6 数据存储
在监控客户端采集数据之后，会将数据上传给监控服务器端，监控服务器端程序将接收到的数据进行存储。通常监控系统会选用以下几种数据存储方式。
（1）本地存储。使用本地磁盘，基于文件的方式存储。
（2） 使用时序数据库进行数据存储 ， 如古老的环状数据库（Round Robin Database, RRD）等。近年来，随着时序数据技术的不断发展，出现了比较成熟的时序数据库，如OpenTSDB（底层存储基于HBase）、Graphite、InfluxDB、Prometheus等，与直接使用文件的存储方式相比，这些时序数据库更加高效。
（3） 使用数据库管理系统 （ Database Management System,DBMS）进行数据存储，如常见的MySQL、Oracle、SQL Server等。使用这种数据库来存储监控数据，当数据量达到一定规模时，其读/写效率
均会显著下降，数据库的压力比较大，通常优化方案思路有3种，一是减少数据的存储量；二是优化数据库本身，调整配置参数，优化运行环境；三是使用分布式数据库和数据库集群技术方案。
（4）使用NoSQL数据库进行数据存储。NoSQL相对于DBMS这种传统的数据库有着一些天然的优势，单机的QPS通常较高。但NoSQL本身并不是为监控系统设计的，在数据结构存储方面存在一些缺陷，故直接
采用NoSQL作为监控数据存储的监控系统产品较少。
（5）使用列存储数据库进行数据存储。列存储数据库由于其设计之初专为大数据而有所考虑，故无须担心其存储容量，底层均有良好的解决方案。但由于其部署、运维均较为复杂，故一般监控系统也不会常采用这种技术作为数据库存储。这方面的数据库代表为HBase。
（6）使用全文搜索引擎数据库进行监控数据存储。这方面的代表是Elasticsearch，其作为监控数据库存储监控数据具有天然的优势，支持集群、分布式部署、容灾，并且集群能够提供较高的性能。目前采用全文搜索引擎数据库进行监控数据存储，典型的代表是ELK套件，在Zabbix 4.0以上版本可以选用Elasticsearch作为数据库存储。
2.7 系统功能
2.8 可扩展性
可扩展性是指监控系统本身具备良好的扩展能力，包括监控方式的扩展、监控能力的扩展、监控数据存储的扩展、分布式的支持等。要求监控系统能够随着不同环境而做出改变和调整，大多数监控系统都具备一定的扩展能力。
对于告警，要求支持多种方式，如短信、邮件、即时通信和其他接口，且具备可定制化能力，可以对第三方告警介质提供可编程接口。这一点在很多场合都非常重要，例如，将告警结果发送到专用的告警分析系统。
监控系统需要根据实际应用的需求，实时/非实时地采集和展示数据。另外，还包括历史趋势数据的展示和分析，以及容量报表、可用性报告的生成。
3. 监控系统的开源产品
在监控软件中，开源的解决方案有流量监控（MRTG、Cacti、SmokePing 等 ） 、 性 能 告 警 （ Nagios 、 Zabbix 、 Zenoss Core 、Ganglia 、 Netdata 等 ） 、 基 于 时 序 数 据 库 存 储 数 据 的 监 控（Graphite、OpenTSDB、InfluxDB、Prometheus、OpenFalcon等）、基于全文搜索引擎数据库存储数据的监控（如ELK套件）可供选择。
3.1 Cacti
Cacti（中文含义为“仙人掌”）是一套基于PHP、MySQL、SNMP和RRDtool开发的网络流量监测图形分析工具，如图所示。其数据采集仅支持SNMP方式，通过snmpget命令来获取监控数据，使用RRDtool命令工具存储历史数据和绘图，并提供数据和用户管理功能，可以根据用户权限查看不同的树状结构、主机设备以及指定的监控数据图，支持与LDAP结合进行用户认证，同时也能自定义模板。对于网络设备的监控，其展示效果非常不错，在10年前，它是广受网络管理员喜欢的监控产品。
3.2 Nagios
Nagios是一个插件式的监控系统，可以监控服务的运行状态和网络信息等，并能监视所指定的本地或远程主机参数以及服务，同时提供异常告警通知功能等，如图所示。
Nagios对开源监控系统的影响非常深远，曾经风靡一时，占据开源监控市场的大部分份额，并基于Nagios产生了很多新的监控产品。
3.3 Prometheus
Prometheus是一套开源的系统监控报警框架，其架构示意图如图所示。Prometheus最初的设计理念受Google的Borgmon监控系统所启发，由工作在SoundCloud的Google前员工于2012年创建，作为社区开源项目进行开发，2015年正式发布。2016年，Prometheus正式加入Cloud Native Computing Foundation（CNCF）组织，2018年其成为继Kubernetes 从 CNCF 毕 业 的 第 二 个 项 目 ， 其 受 欢 迎 程 度 仅 次 于
Kubernetes。
3.4 OpenFalcon
OpenFalcon是一个企业级、高可用、可扩展的开源监控解决方案。它在GitHub上获得了数千个星（star）、数百次复刻（fork）、上百个代码提交（pull-request），社区用户超过6000人，超过200家
公司都在不同程度地使用OpenFalcon。
OpenFalcon官方网站地址：https://book.open-falcon.org/。
OpenFalcon由多个组件构成，重要的组件有数据采集、数据传输、数据存储、告警分析、图形展示等，数据采集使用专用客户端，传输协议为私有的，数据存储支持OpenTSDB和RRD两种方式，其架构示意图如图所示。
3.5 ELK家族
ELK是Elasticsearch、Logstash、Kibana的简称，这三者是核心套件，但并非全部。
ELK官方网站地址：https://www.elastic.co/。
3.6 Zabbix
Zabbix是企业级分布式监控系统，是一个开箱即用的成熟解决方案，具备完备的功能。综合其他监控产品来说，它是一个大而全、功能丰富且定制非常灵活的产品，具备其他监控产品的功能，同时提供了其他监控产品所不具备的功能，扩展非常灵活，是企业级监控系统比较合理的选择之一。
从功能上说，Zabbix支持多种采集方式和采集客户端，有专用的Agent（代理），也支持SNMP、IPMI、JMX、Telnet、SSH等多种协议，它将采集到的数据存放到数据库中 ， 可 以 支 持 MySQL 、 Oracle 、PostgreSQL、SQLite、Elasticsearch等数据库，然后对其进行分析整理，达到条件触发告警，并支持对告警数据的分析统计。Zabbix具有良好的管理界面，如图所示。
4. 如何选择监控产品
