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## 19.1 Prometheus
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Prometheus 和 Grafana 是目前最流行的开源监控组合，前者负责数据采集与存储，后者负责数据可视化。
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[Prometheus](https://prometheus.io/) 是一个开源的系统监控和报警工具包。它受 Google Borgmon 的启发，由 SoundCloud 在 2012 年创建。
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### 19.1.1 架构简介
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Prometheus 的主要组件包括：
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* **Prometheus Server**：核心组件，负责收集和存储时间序列数据。
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* **Exporters**：负责向 Prometheus 暴露监控数据 (如 Node Exporter，cAdvisor)。
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* **Alertmanager**：处理报警发送。
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* **Pushgateway**：用于支持短生命周期的 Job 推送数据。
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### 19.1.2 快速部署
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我们可以使用 Docker Compose 快速部署一套 Prometheus + Grafana 监控环境。
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本节示例使用了：
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* `node-exporter`：采集宿主机指标 (CPU、内存、磁盘、网络等)。
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* `cAdvisor`：采集容器指标 (容器 CPU/内存/网络 IO、文件系统等)。
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在生产环境中，建议将 Prometheus 的数据目录做持久化，并显式配置数据保留周期。
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#### 1. 准备配置文件
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创建 `prometheus.yml`：
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```yaml
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global:
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scrape_interval: 15s
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scrape_configs:
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- job_name: 'prometheus'
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static_configs:
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- targets: ['localhost:9090']
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- job_name: 'node-exporter'
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static_configs:
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- targets: ['node-exporter:9100']
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- job_name: 'cadvisor'
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static_configs:
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- targets: ['cadvisor:8080']
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rule_files:
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- /etc/prometheus/rules.yml
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```
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#### 2. 编写 Docker Compose 文件
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创建 `compose.yaml` (或 `docker-compose.yml`)：
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```yaml
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services:
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prometheus:
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image: prom/prometheus:latest
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volumes:
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- ./prometheus.yml:/etc/prometheus/prometheus.yml
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- ./rules.yml:/etc/prometheus/rules.yml
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- prometheus_data:/prometheus
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ports:
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- "9090:9090"
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command:
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- --config.file=/etc/prometheus/prometheus.yml
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- --storage.tsdb.path=/prometheus
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- --storage.tsdb.retention.time=15d
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networks:
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- monitoring
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grafana:
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image: grafana/grafana:latest
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ports:
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- "3000:3000"
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environment:
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- GF_SECURITY_ADMIN_PASSWORD=admin
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networks:
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- monitoring
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depends_on:
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- prometheus
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node-exporter:
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image: prom/node-exporter:latest
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ports:
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- "9100:9100"
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networks:
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- monitoring
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cadvisor:
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image: gcr.io/cadvisor/cadvisor:latest
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ports:
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- "8080:8080"
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volumes:
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- /:/rootfs:ro
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- /var/run:/var/run:ro
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- /sys:/sys:ro
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- /var/lib/docker/:/var/lib/docker:ro
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networks:
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- monitoring
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networks:
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monitoring:
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volumes:
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prometheus_data:
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```
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#### 3. 启动服务
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```bash
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$ docker compose up -d
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```
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启动后，访问以下地址：
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* Prometheus: `http://localhost:9090`
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* Grafana：`http://localhost:3000` (默认账号密码：admin/admin)
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### 19.1.3 配置 Grafana 面板
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1. 在 Grafana 中添加 Prometheus 数据源，URL 填写 `http://prometheus:9090`。
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2. 导入现成的 Dashboard 模板，例如 [Node Exporter Full](https://grafana.com/grafana/dashboards/1860) (ID：1860) 和 [Docker Container](https://grafana.com/grafana/dashboards/193) (ID：193)。
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这样，你就拥有了一个直观的容器监控大屏。
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### 19.1.4 生产要点与告警闭环
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完成部署后，建议补齐以下生产要点。
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#### 指标采集的“最小闭环”
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1. 在 Prometheus 页面打开 **Status -> Targets**，确认 `prometheus`、`node-exporter`、`cadvisor` 的 `State` 均为 `UP`。
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2. 在 **Graph** 中尝试查询：
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* `up`
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* `rate(container_cpu_usage_seconds_total[5m])`
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3. 在 Grafana Dashboard 中重点关注：
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* 宿主机 CPU/Load/内存/磁盘
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* 容器 CPU/内存使用率、容器重启次数
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如果你发现“面板为空”，通常不是 Grafana 的问题，而是 Prometheus 没抓到数据或查询标签与 Dashboard 不匹配。
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#### 常见问题排查
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* **Target down**：检查容器网络是否互通，端口是否暴露到同一网络，以及 exporter 是否在容器内正常监听。
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* **cAdvisor 无数据或报错**：确认挂载了 Docker 目录与宿主机的 `/sys`、`/var/run` 等路径，并确保宿主机上 Docker 运行正常。
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* **指标缺失**：确认你的 Docker/内核版本与 cAdvisor 兼容；对于 containerd 等运行时，采集方式会不同。
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#### 关键指标速查 (节点/容器)
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在生产环境排障时，建议优先关注下面几类指标，并在 Grafana 面板中建立对应的常用视图。
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* **节点 CPU 使用率**：`100 - (avg by (instance) (rate(node_cpu_seconds_total{mode="idle"}[5m])) * 100)`
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* **节点内存使用率**：`(1 - (node_memory_MemAvailable_bytes / node_memory_MemTotal_bytes)) * 100`
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* **节点磁盘空间使用率**：`(1 - (node_filesystem_avail_bytes{fstype!~"tmpfs|overlay"} / node_filesystem_size_bytes{fstype!~"tmpfs|overlay"})) * 100`
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* **容器 CPU**：`sum by (name) (rate(container_cpu_usage_seconds_total[5m]))`
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* **容器内存**：`sum by (name) (container_memory_working_set_bytes)`
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说明：不同版本的 cAdvisor/Docker 对 label 命名可能存在差异 (如 `name`、`container`、`container_name`)，如果查询为空，建议先用 `label_values(container_cpu_usage_seconds_total, __name__)` 或在 Prometheus 的图形界面查看可用 label。
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#### Targets down 排错清单
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当 **Status -> Targets** 出现 `DOWN` 时，建议按以下顺序排查：
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1. **网络连通性**：Prometheus 容器是否能解析并访问目标 (同一 Docker network、DNS、端口)。
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2. **端口/路径**：确认 exporter 监听端口与 Prometheus 配置一致；必要时在 Prometheus 容器内 `curl http://node-exporter:9100/metrics`。
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3. **权限/挂载**：cAdvisor 需要访问宿主机 `/sys`、`/var/lib/docker` 等挂载路径，缺失会导致指标不全或报错。
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4. **时间问题**：宿主机与容器时间偏差过大可能导致“数据看起来断档”，需要检查 NTP/时区配置。
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5. **目标本身异常**：确认 exporter 容器是否在重启，查看 `docker logs`。
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#### Alertmanager 告警建议
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生产环境建议引入 Alertmanager 做告警聚合与路由，并在 Prometheus 中配置 `alerting` 与 `rule_files`。
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为了保持“最小告警闭环”，建议至少覆盖两类告警：
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* **采集链路告警**：例如 `up == 0`，用于发现 exporter 或网络故障。
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* **资源风险告警**：例如节点磁盘空间不足，用于提前发现容量风险。
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##### 1. 准备告警规则文件
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创建 `rules.yml`：
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```yaml
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groups:
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- name: docker_practice
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rules:
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- alert: PrometheusTargetDown
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expr: up == 0
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for: 2m
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labels:
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severity: warning
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annotations:
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summary: "Prometheus 抓取目标不可达"
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description: "Job={{ $labels.job }}, Instance={{ $labels.instance }}"
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- alert: HostDiskSpaceLow
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expr: |
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(node_filesystem_avail_bytes{fstype!~"tmpfs|overlay"} / node_filesystem_size_bytes{fstype!~"tmpfs|overlay"}) < 0.10
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||
for: 10m
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labels:
|
||
severity: critical
|
||
annotations:
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||
summary: "磁盘可用空间不足"
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||
description: "Instance={{ $labels.instance }}, Mountpoint={{ $labels.mountpoint }}"
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```
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说明：这里的规则是“可用空间低于 10%”的阈值告警，并非“未来 24 小时写满”的预测。生产环境建议针对特定文件系统与挂载点做更精确的过滤。
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##### 2. 配置 Prometheus 加载规则并接入 Alertmanager
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修改 `prometheus.yml`，增加：
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```yaml
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rule_files:
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- /etc/prometheus/rules.yml
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alerting:
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alertmanagers:
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- static_configs:
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- targets: ["alertmanager:9093"]
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```
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并在 Compose 中挂载规则文件。
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##### 3. 部署 Alertmanager
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创建 `alertmanager.yml`：
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```yaml
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route:
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receiver: default
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||
receivers:
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||
- name: default
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||
webhook_configs:
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||
- url: http://example.com/webhook
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||
```
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再在 `compose.yaml` 增加服务：
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||
```yaml
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||
alertmanager:
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||
image: prom/alertmanager:latest
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||
volumes:
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- ./alertmanager.yml:/etc/alertmanager/alertmanager.yml
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||
ports:
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||
- "9093:9093"
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networks:
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- monitoring
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```
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生产环境中，建议将告警发送到可追踪的渠道 (如 IM 机器人、事件平台、工单系统)，并在告警中附带 Dashboard 链接与排障入口，避免告警成为噪声。
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#### 建议的文件清单
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为了避免示例难以复现，建议在同一目录下准备以下文件：
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* `compose.yaml`：Prometheus、Grafana、exporters、Alertmanager 的部署文件
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* `prometheus.yml`：Prometheus 抓取配置与告警配置
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* `rules.yml`：告警规则
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* `alertmanager.yml`：告警路由与接收器配置
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