Document procedure to downgrade a cluster
[ganeti-local] / doc / design-monitoring-agent.rst
1 =======================
2 Ganeti monitoring agent
3 =======================
4
5 .. contents:: :depth: 4
6
7 This is a design document detailing the implementation of a Ganeti
8 monitoring agent report system, that can be queried by a monitoring
9 system to calculate health information for a Ganeti cluster.
10
11 Current state and shortcomings
12 ==============================
13
14 There is currently no monitoring support in Ganeti. While we don't want
15 to build something like Nagios or Pacemaker as part of Ganeti, it would
16 be useful if such tools could easily extract information from a Ganeti
17 machine in order to take actions (example actions include logging an
18 outage for future reporting or alerting a person or system about it).
19
20 Proposed changes
21 ================
22
23 Each Ganeti node should export a status page that can be queried by a
24 monitoring system. Such status page will be exported on a network port
25 and will be encoded in JSON (simple text) over HTTP.
26
27 The choice of JSON is obvious as we already depend on it in Ganeti and
28 thus we don't need to add extra libraries to use it, as opposed to what
29 would happen for XML or some other markup format.
30
31 Location of agent report
32 ------------------------
33
34 The report will be available from all nodes, and be concerned for all
35 node-local resources. This allows more real-time information to be
36 available, at the cost of querying all nodes.
37
38 Information reported
39 --------------------
40
41 The monitoring agent system will report on the following basic information:
42
43 - Instance status
44 - Instance disk status
45 - Status of storage for instances
46 - Ganeti daemons status, CPU usage, memory footprint
47 - Hypervisor resources report (memory, CPU, network interfaces)
48 - Node OS resources report (memory, CPU, network interfaces)
49 - Information from a plugin system
50
51 Format of the report
52 --------------------
53
54 The report of the will be in JSON format, and it will present an array
55 of report objects.
56 Each report object will be produced by a specific data collector.
57 Each report object includes some mandatory fields, to be provided by all
58 the data collectors:
59
60 ``name``
61   The name of the data collector that produced this part of the report.
62   It is supposed to be unique inside a report.
63
64 ``version``
65   The version of the data collector that produces this part of the
66   report. Built-in data collectors (as opposed to those implemented as
67   plugins) should have "B" as the version number.
68
69 ``format_version``
70   The format of what is represented in the "data" field for each data
71   collector might change over time. Every time this happens, the
72   format_version should be changed, so that who reads the report knows
73   what format to expect, and how to correctly interpret it.
74
75 ``timestamp``
76   The time when the reported data were gathered. It has to be expressed
77   in nanoseconds since the unix epoch (0:00:00 January 01, 1970). If not
78   enough precision is available (or needed) it can be padded with
79   zeroes. If a report object needs multiple timestamps, it can add more
80   and/or override this one inside its own "data" section.
81
82 ``category``
83   A collector can belong to a given category of collectors (e.g.: storage
84   collectors, daemon collector). This means that it will have to provide a
85   minumum set of prescribed fields, as documented for each category.
86   This field will contain the name of the category the collector belongs to,
87   if any, or just the ``null`` value.
88
89 ``kind``
90   Two kinds of collectors are possible:
91   `Performance reporting collectors`_ and `Status reporting collectors`_.
92   The respective paragraphs will describe them and the value of this field.
93
94 ``data``
95   This field contains all the data generated by the specific data collector,
96   in its own independently defined format. The monitoring agent could check
97   this syntactically (according to the JSON specifications) but not
98   semantically.
99
100 Here follows a minimal example of a report::
101
102   [
103   {
104       "name" : "TheCollectorIdentifier",
105       "version" : "1.2",
106       "format_version" : 1,
107       "timestamp" : 1351607182000000000,
108       "category" : null,
109       "kind" : 0,
110       "data" : { "plugin_specific_data" : "go_here" }
111   },
112   {
113       "name" : "AnotherDataCollector",
114       "version" : "B",
115       "format_version" : 7,
116       "timestamp" : 1351609526123854000,
117       "category" : "storage",
118       "kind" : 1,
119       "data" : { "status" : { "code" : 1,
120                               "message" : "Error on disk 2"
121                             },
122                  "plugin_specific" : "data",
123                  "some_late_data" : { "timestamp" : 1351609526123942720,
124                                       ...
125                                     }
126                }
127   }
128   ]
129
130 Performance reporting collectors
131 ++++++++++++++++++++++++++++++++
132
133 These collectors only provide data about some component of the system, without
134 giving any interpretation over their meaning.
135
136 The value of the ``kind`` field of the report will be ``0``.
137
138 Status reporting collectors
139 +++++++++++++++++++++++++++
140
141 These collectors will provide information about the status of some
142 component of ganeti, or managed by ganeti.
143
144 The value of their ``kind`` field will be ``1``.
145
146 The rationale behind this kind of collectors is that there are some situations
147 where exporting data about the underlying subsystems would expose potential
148 issues. But if Ganeti itself is able (and going) to fix the problem, conflicts
149 might arise between Ganeti and something/somebody else trying to fix the same
150 problem.
151 Also, some external monitoring systems might not be aware of the internals of a
152 particular subsystem (e.g.: DRBD) and might only exploit the high level
153 response of its data collector, alerting an administrator if anything is wrong.
154 Still, completely hiding the underlying data is not a good idea, as they might
155 still be of use in some cases. So status reporting plugins will provide two
156 output modes: one just exporting a high level information about the status,
157 and one also exporting all the data they gathered.
158 The default output mode will be the status-only one. Through a command line
159 parameter (for stand-alone data collectors) or through the HTTP request to the
160 monitoring agent
161 (when collectors are executed as part of it) the verbose output mode providing
162 all the data can be selected.
163
164 When exporting just the status each status reporting collector will provide,
165 in its ``data`` section, at least the following field:
166
167 ``status``
168   summarizes the status of the component being monitored and consists of two
169   subfields:
170
171   ``code``
172     It assumes a numeric value, encoded in such a way to allow using a bitset
173     to easily distinguish which states are currently present in the whole cluster.
174     If the bitwise OR of all the ``status`` fields is 0, the cluster is
175     completely healty.
176     The status codes are as follows:
177
178     ``0``
179       The collector can determine that everything is working as
180       intended.
181
182     ``1``
183       Something is temporarily wrong but it is being automatically fixed by
184       Ganeti.
185       There is no need of external intervention.
186
187     ``2``
188       The collector has failed to understand whether the status is good or
189       bad. Further analysis is required. Interpret this status as a
190       potentially dangerous situation.
191
192     ``4``
193       The collector can determine that something is wrong and Ganeti has no
194       way to fix it autonomously. External intervention is required.
195
196   ``message``
197     A message to better explain the reason of the status.
198     The exact format of the message string is data collector dependent.
199
200     The field is mandatory, but the content can be an empty string if the
201     ``code`` is ``0`` (working as intended) or ``1`` (being fixed
202     automatically).
203
204     If the status code is ``2``, the message should specify what has gone
205     wrong.
206     If the status code is ``4``, the message shoud explain why it was not
207     possible to determine a proper status.
208
209 The ``data`` section will also contain all the fields describing the gathered
210 data, according to a collector-specific format.
211
212 Instance status
213 +++++++++++++++
214
215 At the moment each node knows which instances are running on it, which
216 instances it is primary for, but not the cause why an instance might not
217 be running. On the other hand we don't want to distribute full instance
218 "admin" status information to all nodes, because of the performance
219 impact this would have.
220
221 As such we propose that:
222
223 - Any operation that can affect instance status will have an optional
224   "reason" attached to it (at opcode level). This can be used for
225   example to distinguish an admin request, from a scheduled maintenance
226   or an automated tool's work. If this reason is not passed, Ganeti will
227   just use the information it has about the source of the request: for
228   example a cli shutdown operation will have "cli:shutdown" as a reason,
229   a cli failover operation will have "cli:failover". Operations coming
230   from the remote API will use "rapi" instead of "cli". Of course
231   setting a real site-specific reason is still preferred.
232 - RPCs that affect the instance status will be changed so that the
233   "reason" and the version of the config object they ran on is passed to
234   them. They will then export the new expected instance status, together
235   with the associated reason and object version to the status report
236   system, which then will export those themselves.
237
238 Monitoring and auditing systems can then use the reason to understand
239 the cause of an instance status, and they can use the timestamp to
240 understand the freshness of their data even in the absence of an atomic
241 cross-node reporting: for example if they see an instance "up" on a node
242 after seeing it running on a previous one, they can compare these values
243 to understand which data is freshest, and repoll the "older" node. Of
244 course if they keep seeing this status this represents an error (either
245 an instance continuously "flapping" between nodes, or an instance is
246 constantly up on more than one), which should be reported and acted
247 upon.
248
249 The instance status will be on each node, for the instances it is
250 primary for, and its ``data`` section of the report will contain a list
251 of instances, with at least the following fields for each instance:
252
253 ``name``
254   The name of the instance.
255
256 ``uuid``
257   The UUID of the instance (stable on name change).
258
259 ``admin_state``
260   The status of the instance (up/down/offline) as requested by the admin.
261
262 ``actual_state``
263   The actual status of the instance. It can be ``up``, ``down``, or
264   ``hung`` if the instance is up but it appears to be completely stuck.
265
266 ``uptime``
267   The uptime of the instance (if it is up, "null" otherwise).
268
269 ``mtime``
270   The timestamp of the last known change to the instance state.
271
272 ``state_reason``
273   The last known reason for state change, described according to the
274   following subfields:
275
276   ``text``
277     Either a user-provided reason (if any), or the name of the command that
278     triggered the state change, as a fallback.
279
280   ``jobID``
281     The ID of the job that caused the state change.
282
283   ``source``
284     Where the state change was triggered (RAPI, CLI).
285
286 ``status``
287   It represents the status of the instance, and its format is the same as that
288   of the ``status`` field of `Status reporting collectors`_.
289
290 Each hypervisor should provide its own instance status data collector, possibly
291 with the addition of more, specific, fields.
292 The ``category`` field of all of them will be ``instance``.
293 The ``kind`` field will be ``1``.
294
295 Note that as soon as a node knows it's not the primary anymore for an
296 instance it will stop reporting status for it: this means the instance
297 will either disappear, if it has been deleted, or appear on another
298 node, if it's been moved.
299
300 The ``code`` of the ``status`` field of the report of the Instance status data
301 collector will be:
302
303 ``0``
304   if ``status`` is ``0`` for all the instances it is reporting about.
305
306 ``1``
307   otherwise.
308
309 Storage status
310 ++++++++++++++
311
312 The storage status collectors will be a series of data collectors
313 (drbd, rbd, plain, file) that will gather data about all the storage types
314 for the current node (this is right now hardcoded to the enabled storage
315 types, and in the future tied to the enabled storage pools for the nodegroup).
316
317 The ``name`` of each of these collector will reflect what storage type each of
318 them refers to.
319
320 The ``category`` field of these collector will be ``storage``.
321
322 The ``kind`` field will be ``1`` (`Status reporting collectors`_).
323
324 The ``data`` section of the report will provide at least the following fields:
325
326 ``free``
327   The amount of free space (in KBytes).
328
329 ``used``
330   The amount of used space (in KBytes).
331
332 ``total``
333   The total visible space (in KBytes).
334
335 Each specific storage type might provide more type-specific fields.
336
337 In case of error, the ``message`` subfield of the ``status`` field of the
338 report of the instance status collector will disclose the nature of the error
339 as a type specific information. Examples of these are "backend pv unavailable"
340 for lvm storage, "unreachable" for network based storage or "filesystem error"
341 for filesystem based implementations.
342
343 DRBD status
344 ***********
345
346 This data collector will run only on nodes where DRBD is actually
347 present and it will gather information about DRBD devices.
348
349 Its ``kind`` in the report will be ``1`` (`Status reporting collectors`_).
350
351 Its ``category`` field in the report will contain the value ``storage``.
352
353 When executed in verbose mode, the ``data`` section of the report of this
354 collector will provide the following fields:
355
356 ``versionInfo``
357   Information about the DRBD version number, given by a combination of
358   any (but at least one) of the following fields:
359
360   ``version``
361     The DRBD driver version.
362
363   ``api``
364     The API version number.
365
366   ``proto``
367     The protocol version.
368
369   ``srcversion``
370     The version of the source files.
371
372   ``gitHash``
373     Git hash of the source files.
374
375   ``buildBy``
376     Who built the binary, and, optionally, when.
377
378 ``device``
379   A list of structures, each describing a DRBD device (a minor) and containing
380   the following fields:
381
382   ``minor``
383     The device minor number.
384
385   ``connectionState``
386     The state of the connection. If it is "Unconfigured", all the following
387     fields are not present.
388
389   ``localRole``
390     The role of the local resource.
391
392   ``remoteRole``
393     The role of the remote resource.
394
395   ``localState``
396     The status of the local disk.
397
398   ``remoteState``
399     The status of the remote disk.
400
401   ``replicationProtocol``
402     The replication protocol being used.
403
404   ``ioFlags``
405     The input/output flags.
406
407   ``perfIndicators``
408     The performance indicators. This field will contain the following
409     sub-fields:
410
411     ``networkSend``
412       KiB of data sent on the network.
413
414     ``networkReceive``
415       KiB of data received from the network.
416
417     ``diskWrite``
418       KiB of data written on local disk.
419
420     ``diskRead``
421       KiB of date read from the local disk.
422
423     ``activityLog``
424       Number of updates of the activity log.
425
426     ``bitMap``
427       Number of updates to the bitmap area of the metadata.
428
429     ``localCount``
430       Number of open requests to the local I/O subsystem.
431
432     ``pending``
433       Number of requests sent to the partner but not yet answered.
434
435     ``unacknowledged``
436       Number of requests received by the partner but still to be answered.
437
438     ``applicationPending``
439       Num of block input/output requests forwarded to DRBD but that have not yet
440       been answered.
441
442     ``epochs``
443       (Optional) Number of epoch objects. Not provided by all DRBD versions.
444
445     ``writeOrder``
446       (Optional) Currently used write ordering method. Not provided by all DRBD
447       versions.
448
449     ``outOfSync``
450       (Optional) KiB of storage currently out of sync. Not provided by all DRBD
451       versions.
452
453   ``syncStatus``
454     (Optional) The status of the synchronization of the disk. This is present
455     only if the disk is being synchronized, and includes the following fields:
456
457     ``percentage``
458       The percentage of synchronized data.
459
460     ``progress``
461       How far the synchronization is. Written as "x/y", where x and y are
462       integer numbers expressed in the measurement unit stated in
463       ``progressUnit``
464
465     ``progressUnit``
466       The measurement unit for the progress indicator.
467
468     ``timeToFinish``
469       The expected time before finishing the synchronization.
470
471     ``speed``
472       The speed of the synchronization.
473
474     ``want``
475       The desiderd speed of the synchronization.
476
477     ``speedUnit``
478       The measurement unit of the ``speed`` and ``want`` values. Expressed
479       as "size/time".
480
481   ``instance``
482     The name of the Ganeti instance this disk is associated to.
483
484
485 Ganeti daemons status
486 +++++++++++++++++++++
487
488 Ganeti will report what information it has about its own daemons.
489 This should allow identifying possible problems with the Ganeti system itself:
490 for example memory leaks, crashes and high resource utilization should be
491 evident by analyzing this information.
492
493 The ``kind`` field will be ``1`` (`Status reporting collectors`_).
494
495 Each daemon will have its own data collector, and each of them will have
496 a ``category`` field valued ``daemon``.
497
498 When executed in verbose mode, their data section will include at least:
499
500 ``memory``
501   The amount of used memory.
502
503 ``size_unit``
504   The measurement unit used for the memory.
505
506 ``uptime``
507   The uptime of the daemon.
508
509 ``CPU usage``
510   How much cpu the daemon is using (percentage).
511
512 Any other daemon-specific information can be included as well in the ``data``
513 section.
514
515 Hypervisor resources report
516 +++++++++++++++++++++++++++
517
518 Each hypervisor has a view of system resources that sometimes is
519 different than the one the OS sees (for example in Xen the Node OS,
520 running as Dom0, has access to only part of those resources). In this
521 section we'll report all information we can in a "non hypervisor
522 specific" way. Each hypervisor can then add extra specific information
523 that is not generic enough be abstracted.
524
525 The ``kind`` field will be ``0`` (`Performance reporting collectors`_).
526
527 Each of the hypervisor data collectory will be of ``category``: ``hypervisor``.
528
529 Node OS resources report
530 ++++++++++++++++++++++++
531
532 Since Ganeti assumes it's running on Linux, it's useful to export some
533 basic information as seen by the host system.
534
535 The ``category`` field of the report will be ``null``.
536
537 The ``kind`` field will be ``0`` (`Performance reporting collectors`_).
538
539 The ``data`` section will include:
540
541 ``cpu_number``
542   The number of available cpus.
543
544 ``cpus``
545   A list with one element per cpu, showing its average load.
546
547 ``memory``
548   The current view of memory (free, used, cached, etc.)
549
550 ``filesystem``
551   A list with one element per filesystem, showing a summary of the
552   total/available space.
553
554 ``NICs``
555   A list with one element per network interface, showing the amount of
556   sent/received data, error rate, IP address of the interface, etc.
557
558 ``versions``
559   A map using the name of a component Ganeti interacts (Linux, drbd,
560   hypervisor, etc) as the key and its version number as the value.
561
562 Note that we won't go into any hardware specific details (e.g. querying a
563 node RAID is outside the scope of this, and can be implemented as a
564 plugin) but we can easily just report the information above, since it's
565 standard enough across all systems.
566
567 Format of the query
568 -------------------
569
570 The queries to the monitoring agent will be HTTP GET requests on port 1815.
571 The answer will be encoded in JSON format and will depend on the specific
572 accessed resource.
573
574 If a request is sent to a non-existing resource, a 404 error will be returned by
575 the HTTP server.
576
577 The following paragraphs will present the existing resources supported by the
578 current protocol version, that is version 1.
579
580 ``/``
581 +++++
582 The root resource. It will return the list of the supported protocol version
583 numbers.
584
585 Currently, this will include only version 1.
586
587 ``/1``
588 ++++++
589 Not an actual resource per-se, it is the root of all the resources of protocol
590 version 1.
591
592 If requested through GET, the null JSON value will be returned.
593
594 ``/1/list/collectors``
595 ++++++++++++++++++++++
596 Returns a list of tuples (kind, category, name) showing all the collectors
597 available in the system.
598
599 ``/1/report/all``
600 +++++++++++++++++
601 A list of the reports of all the data collectors, as described in the section
602 `Format of the report`_.
603
604 `Status reporting collectors`_ will provide their output in non-verbose format.
605 The verbose format can be requested by adding the parameter ``verbose=1`` to the
606 request.
607
608 ``/1/report/[category]/[collector_name]``
609 +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
610 Returns the report of the collector ``[collector_name]`` that belongs to the
611 specified ``[category]``.
612
613 If a collector does not belong to any category, ``collector`` will be used as
614 the value for ``[category]``.
615
616 `Status reporting collectors`_ will provide their output in non-verbose format.
617 The verbose format can be requested by adding the parameter ``verbose=1`` to the
618 request.
619
620 Instance disk status propagation
621 --------------------------------
622
623 As for the instance status Ganeti has now only partial information about
624 its instance disks: in particular each node is unaware of the disk to
625 instance mapping, that exists only on the master.
626
627 For this design doc we plan to fix this by changing all RPCs that create
628 a backend storage or that put an already existing one in use and passing
629 the relevant instance to the node. The node can then export these to the
630 status reporting tool.
631
632 While we haven't implemented these RPC changes yet, we'll use Confd to
633 fetch this information in the data collectors.
634
635 Plugin system
636 -------------
637
638 The monitoring system will be equipped with a plugin system that can
639 export specific local information through it.
640
641 The plugin system is expected to be used by local installations to
642 export any installation specific information that they want to be
643 monitored, about either hardware or software on their systems.
644
645 The plugin system will be in the form of either scripts or binaries whose output
646 will be inserted in the report.
647
648 Eventually support for other kinds of plugins might be added as well, such as
649 plain text files which will be inserted into the report, or local unix or
650 network sockets from which the information has to be read.  This should allow
651 most flexibility for implementing an efficient system, while being able to keep
652 it as simple as possible.
653
654 Data collectors
655 ---------------
656
657 In order to ease testing as well as to make it simple to reuse this
658 subsystem it will be possible to run just the "data collectors" on each
659 node without passing through the agent daemon.
660
661 If a data collector is run independently, it should print on stdout its
662 report, according to the format corresponding to a single data collector
663 report object, as described in the previous paragraphs.
664
665 Mode of operation
666 -----------------
667
668 In order to be able to report information fast the monitoring agent
669 daemon will keep an in-memory or on-disk cache of the status, which will
670 be returned when queries are made. The status system will then
671 periodically check resources to make sure the status is up to date.
672
673 Different parts of the report will be queried at different speeds. These
674 will depend on:
675 - how often they vary (or we expect them to vary)
676 - how fast they are to query
677 - how important their freshness is
678
679 Of course the last parameter is installation specific, and while we'll
680 try to have defaults, it will be configurable. The first two instead we
681 can use adaptively to query a certain resource faster or slower
682 depending on those two parameters.
683
684 When run as stand-alone binaries, the data collector will not using any
685 caching system, and just fetch and return the data immediately.
686
687 Implementation place
688 --------------------
689
690 The status daemon will be implemented as a standalone Haskell daemon. In
691 the future it should be easy to merge multiple daemons into one with
692 multiple entry points, should we find out it saves resources and doesn't
693 impact functionality.
694
695 The libekg library should be looked at for easily providing metrics in
696 json format.
697
698 Implementation order
699 --------------------
700
701 We will implement the agent system in this order:
702
703 - initial example data collectors (eg. for drbd and instance status).
704 - initial daemon for exporting data, integrating the existing collectors
705 - plugin system
706 - RPC updates for instance status reasons and disk to instance mapping
707 - cache layer for the daemon
708 - more data collectors
709
710
711 Future work
712 ===========
713
714 As a future step it can be useful to "centralize" all this reporting
715 data on a single place. This for example can be just the master node, or
716 all the master candidates. We will evaluate doing this after the first
717 node-local version has been developed and tested.
718
719 Another possible change is replacing the "read-only" RPCs with queries
720 to the agent system, thus having only one way of collecting information
721 from the nodes from a monitoring system and for Ganeti itself.
722
723 One extra feature we may need is a way to query for only sub-parts of
724 the report (eg. instances status only). This can be done by passing
725 arguments to the HTTP GET, which will be defined when we get to this
726 funtionality.
727
728 Finally the :doc:`autorepair system design <design-autorepair>`. system
729 (see its design) can be expanded to use the monitoring agent system as a
730 source of information to decide which repairs it can perform.
731
732 .. vim: set textwidth=72 :
733 .. Local Variables:
734 .. mode: rst
735 .. fill-column: 72
736 .. End: