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Logstash概念与原理、与Flume的对比

logstash概念

Logstash是一款开源的数据收集引擎，具备实时管道处理能力。简单来说，logstash作为数据源与数据存储分析工具之间的桥梁，结合ElasticSearch以及kibana，能够极大方便数据的处理与分析。通过200多个插件，logstash可以接受几乎各种各样的数据。包括日志、网络请求、关系型数据库、传感器或物联网等等。

Logstash工作过程

如上图，Logstash的数据处理过程主要包括：Inputs,Filters,Outputs 三部分，另外在Inputs和Outputs中可以使用Codecs对数据格式进行处理。这四个部分均以插件形式存在，用户通过定义pipeline配置文件，设置需要使用的input,filter,output,codec插件，以实现特定的数据采集，数据处理，数据输出等功能 。

  1. Inputs：用于从数据源获取数据，常见的插件如file, syslog, redis, beats 等
  2. Filters：用于处理数据如格式转换，数据派生等，常见的插件如grok, mutate, drop, clone, geoip等
  3. Outputs：用于数据输出，常见的插件如elastcisearch，file, graphite, statsd等
  4. Codecs：Codecs(编码插件)不是一个单独的流程，而是在输入和输出等插件中用于数据转换的模块，用于对数据进行编码处理，常见的插件如json，multiline。Logstash不只是一个input | filter | output 的数据流，而是一个 input | decode | filter | encode | output 的数据流！codec 就是用来 decode、encode 事件的。

Logstash简单实践

我们使用Logstash输出一个 “hello world” 。在终端中，像下面这样运行命令来启动 Logstash 进程：

 # bin/logstash -e 'input{stdin{}}output{stdout{codec=>rubydebug}}'

以上命令表示从控制台输入，然后通过Codec插件从控制台输出。然后终端在等待你的输入。敲入 Hello World，回车，查看结果：

{
	"@version" => "1",
	"host" => "sdn-253",
	"message" => "Hello World",
	"@timestamp" => 2019-07-01T12:28:07.207Z
}

Logstash 就像管道符一样！你输入(就像命令行的 cat )数据，然后处理过滤(就像 awk 或者 uniq之类)数据，最后输出(就像 tee )到其他地方。数据在线程之间以 事件 的形式流传。Logstash会给事件添加一些额外信息。最重要的就是 @timestamp，用来标记事件的发生时间。 大多数时候，还可以见到另外几个：

  • host 标记事件发生在哪里。
  • type 标记事件的唯一类型。
  • tags 标记事件的某方面属性。这是一个数组，一个事件可以有多个标签。
    你可以随意给事件添加字段或者从事件里删除字段。

小贴士：每个 logstash 过滤插件，都会有四个方法叫 add_tag, remove_tag, add_field 和remove_field。它们在插件过滤匹配成功时生效。

Logstash配置语法

数据类型

Logstash 支持少量的数据值类型：
bool

debug => true

string

host => "hostname"

number

port => 514

array

match => ["datetime", "UNIX", "ISO8601"]

hash

options => {
    key1 => "value1",
    key2 => "value2"
}

条件判断

表达式支持下面这些操作符：
相等: ==, !=, <, >, <=, >=
正则: =~(匹配正则), !~(不匹配正则)
包含: in(包含), not in(不包含)
布尔操作: and(与), or(或), nand(非与), xor(非或)
一元运算符:!(取反) ,()(复合表达式), !()(对复合表达式结果取反)
通常来说，你都会在表达式里用到字段引用。比如：

if "_grokparsefailure" not in [tags] {
	...
} else if [status] !~ /^2\d\d/ and [url] == "/noc.gif" {
	...
} else {
	...
}

Logstash插件

logstash插件功能很强大，下面会根据每个模块的情况，对常用插件进行分析。

Input模块

标准输入

我们已经使用 stdin 输入Hello World了。这也应该是 logstash 里最简单和基础的插件了。 input { stdin { } }表示从控制台输入

File插件

从文件读取数据，如常见的日志文件。文件读取通常要解决几个问题：

logstash-input-file配置：

其中path匹配规则如下，路径必须使用绝对路径，不支持相对路径：
/var/log/.log：匹配/var/log目录下以.log结尾的所有文件
/var/log/**/.log：匹配/var/log所有子目录下以.log结尾的文件
/var/log/{app1,app2,app3}/*.log：匹配/var/log目录下app1，app2，app3子目录中以.log结尾的文件

file插件作为input例子如下：

input {
    # file为常用文件插件，插件内选项很多，可根据需求自行判断
    file {
	   # 要导入的文件的位置，可以使用*，例如/var/log/nginx/*.log
        path => "/var/lib/mysql/slow.log"
        # 要排除的文件
        exclude =>”*.gz”
        # 从文件开始的位置开始读,end表示从结尾开始读
        start_position => "beginning"
        # 多久之内没修改过的文件不读取，0为无限制，单位为秒
        ignore_older => 0  
        # 记录文件上次读取位置，输出到null表示每次都从文件首行开始解析
        sincedb_path => "/dev/null"
        # type字段，可表明导入的日志类型
        type => "mysql-slow"
    }
}

Http插件

input {
	http { port => 端口号 }
}

Redis插件

input {
    # redis插件为常用插件，插件内选项很多，可根据需求自行判断
    redis {
        # EVAL命令返回的事件数目，设置为5表示一次请求返回5条日志信息
	   batch_count => 1 
        # logstash redis插件工作方式
        data_type => "list" 
        # 监听的键值
        key => "logstash-test-list" 
        # redis地址
        host => "127.0.0.1" 
        # redis端口号
        port => 6379 
        # 如果有安全认证，此项为认证密码
        password => "123qwe" 
        # 如果应用使用了不同的数据库，此为redis数据库的编号，默认为0。
        db => 0 
        # 启用线程数量
        threads => 1
      }
}

Filter模块

Filter是Logstash功能强大的主要原因，它可以对Logstash Event进行丰富的处理，比如解析数据、删除字段、类型转换等等，常见的有如下几个：

Date插件

date插件可以将日期字符串解析为日期类型，然后替换@timestamp字段或者指定其他字段：

filter{
	date {
	    match => ["timestamp","dd/MMM/yyyy:HH:mm:ss Z"] 
         # 记录@timestamp时间，可以设置日志中自定的时间字段，如果日志中没有时间字段，也可以自己生成
         target=>“@timestamp”
         # 将匹配的timestamp字段放在指定的字段 默认是@timestamp
    }
}

Grok插件

grok是filter最重要的插件，grok使用正则表达式来生成grok语法，grok支持许多默认的正则表达式规则，grok中常用patterns的配置路径：

[logstash安装路径]\vendor\bundle\jruby\x.x\gems\logstash-patterns-core-x.x.x\patterns\grok-patterns

grok语法

%{SYNTAX:SEMANTIC}

SYNTAX为grok pattern的名称，SEMANTIC为赋值字段名称。%{NUMBER:duration}可以匹配数值类型，但是grok匹配出的内容都是字符串类型，可以通过在最后指定为int或者float来强转类型：%{NUMBER:duration:int}

自定义正则表达式
例如，如下定义一个关键字为version的参数，内容为两位的数字。

(?<version>[0-9]{2})

自定义grok pattern
我们通过pattern_definitions参数，以键值对的方式定义pattern名称和内容。也可以通过pattern_dir参数，以文件的形式读取pattern。

filter {
	grok {
		match => {
			"message" => "%{SERVICE:service}"
		}
		pattern_definitions => {
			"SERVICE" => "[a-z0-9]{10,11}"
		}
	}
}

Dissect插件

基于分隔符原理解析数据，解决grok解析时消耗过多cpu资源的问题。dissect语法简单，能处理的场景比较有限。它只能处理格式相似，且有分隔符的字符串。它的语法如下：

1、%{}里面是字段
2、两个%{}之间是分隔符。

例如，有以下日志：

Apr 26 12:20:02 localhost systemd[1]: Starting system activity accounting tool

我想要把前面的日期和时间解析到同一个字段中，那么就可以这样来做：

filter {
    dissect {
        mapping => {
        	"message" => "%{ts} %{+ts} %{+ts} %{src} %{prog}[%{pid}]: %{msg}"
        }
    }
}

Mutate插件

mutate是使用最频繁的插件，可以对字段进行各种操作，比如重命名、删除、替换、更新等，主要操作如下：

1、convert类型转换
2、gsub字符串替换
3、split、join、merge字符串切割、数组合并为字符串、数组合并为数组
4、rename字段重命名
5、update、replace字段内容更新或替换。它们都可以更新字段的内容，区别在于update只在字段存在时生效，而replace在字段不存在时会执行新增字段的操作
6、remove_field删除字段

Json插件

将字段内容为json格式的数据解析出来，如果不指定target的话，那么filter会把解析出来的json数据直接放到根级别。配置实例如下：

filter {
	json {
		source => "message"
		target => "msg_json"
	}
}

运行结果：

{
    "@version": "1",
    "@timestamp": "2014-11-18T08:11:33.000Z",
    "host": "web121.mweibo.tc.sinanode.com",
    "message": "{\"uid\":3081609001,\"type\":\"signal\"}",
    "jsoncontent": {
        "uid": 3081609001,
        "type": "signal"
    }
}

Geoip插件

GeoIP 库可以根据 IP 地址提供对应的地域信息，包括国别，省市，经纬度等，对于可视化地图和区域统计非常有用。语法如下：

filter {
	geoip {
		source => "message"
	}
}

运行结果：

{
       "message" => "183.60.92.253",
      "@version" => "1",
    "@timestamp" => "2014-08-07T10:32:55.610Z",
          "host" => "raochenlindeMacBook-Air.local",
         "geoip" => {
                      "ip" => "183.60.92.253",
           "country_code2" => "CN",
           "country_code3" => "CHN",
            "country_name" => "China",
          "continent_code" => "AS",
             "region_name" => "30",
               "city_name" => "Guangzhou",
                "latitude" => 23.11670000000001,
               "longitude" => 113.25,
                "timezone" => "Asia/Chongqing",
        "real_region_name" => "Guangdong",
                "location" => [
            [0] 113.25,
            [1] 23.11670000000001
        ]
    }
}

Output模块

标准输出

标准输出多用于调试，配置示例：

output {
    stdout {
        codec => rubydebug
    }
}

redis插件

output {
     redis{  # 输出到redis的插件，下面选项根据需求使用
         batch => true
         # 设为false，一次rpush，发一条数据，true为发送一批
         batch_events => 50
         # 一次rpush发送多少数据
         batch_timeout => 5
         # 一次rpush消耗多少时间
         codec => plain
         # 对输出数据进行codec，避免使用logstash的separate filter
         congestion_interval => 1
         # 多长时间进项一次拥塞检查
         congestion_threshold => 5
         # 限制一个list中可以存在多少个item，当数量足够时，就会阻塞直到有其他消费者消费list中的数据
         data_type => list
         # 使用list还是publish
         db => 0
         # 使用redis的那个数据库，默认为0号
         host => ["127.0.0.1:6379"]
         # redis 的地址和端口，会覆盖全局端口
         key => xxx
         # list或channel的名字
         password => xxx
         # redis的密码，默认不使用
         port => 6379
         # 全局端口，默认6379，如果host已指定，本条失效
         reconnect_interval => 1
         # 失败重连的间隔，默认为1s
         timeout => 5
         # 连接超时的时间
         workers => 1
         # 工作进程
     }
}

elasticsearch插件

output {
    # stdout { codec => "rubydebug" }
    # 筛选过滤后的内容输出到终端显示
    elasticsearch {  # 导出到es，最常用的插件
        codec => "json"
        # 导出格式为json
        hosts => ["127.0.0.1:9200"]
        # ES地址+端口
        index => "logstash-slow-%{+YYYY.MM.dd}"
        # 导出到index内，可以使用时间变量
        user => "admin"
        password => "xxxxxx"
        # ES如果有安全认证就使用账号密码验证，无安全认证就不需要
        flush_size => 500
        # 默认500，logstash一次性攒够500条的数据在向es发送
        idle_flush_time => 1
        # 默认1s，如果1s内没攒够500，还是会一次性把数据发给ES
    }   
}

Logstash配置实例

logstash配置的时候，input和output都可以配置多个不同的入参。filter可以针对input里面的每个数据源做不一样的过滤，通过各自定义的type来匹配。配置示例如下：

input{
      kafka{
        bootstrap_servers => ["192.168.110.31:9092,192.168.110.31:9093,192.168.110.31:9094"]
        client_id => "test"
        group_id => "test"
        auto_offset_reset => "latest" //从最新的偏移量开始消费
        consumer_threads => 5
        decorate_events => true //此属性会将当前topic、offset、group、partition等信息也带到message中
        topics => ["logq","loge"] //数组类型，可配置多个topic
        type => "bhy" //所有插件通用属性,尤其在input里面配置多个数据源时很有用
      }
	file {
	   # 要导入的文件的位置，可以使用*，例如/var/log/nginx/*.log
        path => "/var/lib/mysql/slow.log"
        # 记录文件上次读取位置，输出到null表示每次都从文件首行开始解析
        sincedb_path => "/dev/null"
        # type字段，可表明导入的日志类型
        type => "mysql-slow"
    }
}
filter{
        if[type] == "bhy"{
            grok{
               ........
            }
        }
        if[type] == "mysql-slow"{
            mutate{
               ........
            }
        }
}
output {
        if[type] == "bhy"{
          elasticsearch{
               hosts => ["192.168.110.31:9200"]
               index => "school"
               timeout => 300
               user => "elastic"
               password => "changeme"
          }

        }
        if[type] == "mysql-slow"{
            ........
        }
 }

1、针对如下类型的log：

Apr 26 12:20:02 localhost systemd[1]: Starting system activity accounting tool

logstash的配置如下：

input {
    file {
        path => "/home/songfeihu/logstash-6.2.3/config/test.log"
        # 要导入的文件的位置，可以使用*，例如/var/log/nginx/*.log
        start_position => "beginning"
        # 从文件开始的位置开始读,end表示从结尾开始读
        ignore_older => 0
        # 多久之内没修改过的文件不读取，0为无限制，单位为秒
        sincedb_path => "/dev/null"
        # 记录文件上次读取位置，输出到null表示每次都从文件首行开始解析
    }
}
filter {
        dissect {
                mapping => {
                        "message" => "%{ts} %{+ts} %{+ts} %{src} %{prog}[%{pid}]: %{msg}"
                }
        }
        if "Starting" in [msg]{
                grok{
                        match => {"msg" => "(?<test1>[a-zA-Z0-9]+).*"}
                }
        }
       mutate {
               remove_field => ["message"]
       }
}
output {
	stdout{codec=>rubydebug}
}

output返回值：

{
          "host" => "sdn-253",
      "@version" => "1",
    "@timestamp" => 2019-06-28T08:08:58.062Z,
           "msg" => "Starting system activity accounting tool",
         "test1" => "Starting",
            "ts" => "Apr 26 12:20:02",
          "path" => "/home/songfeihu/logstash-6.2.3/config/test.log",
           "src" => "localhost",
          "prog" => "systemd",
           "pid" => "1",
       "message" => "Apr 26 12:20:02 localhost systemd[1]: Starting system activity accounting tool"
}

2、针对如下log：

<188>Mar 29 2019 16:57:30 BJQ-219-A1-ITCloud-FW-E8000E-1 %%01SEC/4/POLICYPERMIT(l)[1976979]:VSYS=public;

logstash配置如下：

input {
    stdin {    }
}
filter {
    grok {
        match => {
	"message" => "\<(?<id>[0-9]+)\>(?<timestamp>([a-zA-Z]+)\s[0-9]{1,2}\s[0-9]{1,4}\s[0-9]{1,2}:[0-9]{1,2}:[0-9]{1,2})\s%{HOSTNAME:hostname} \%\%(?<version>[0-9]{2})(?<model>[a-zA-Z0-9]+)\/(?<severity>[0-9])\/(?<brief>[a-zA-Z0-9]+)\S+:(?<description>.*)"
	}
    }
}
output {
stdout{codec=>rubydebug}
}

output输出如下：

{
           "host" => "sdn-253",
             "id" => "188",
      "timestamp" => "Mar 29 2019 16:57:30",
       "hostname" => "BJQ-219-A1-ITCloud-FW-E8000E-1",
          "brief" => "POLICYPERMIT",
     "@timestamp" => 2019-06-28T09:54:01.987Z,
       "severity" => "4",
       "@version" => "1",
        "version" => "01",
          "model" => "SEC",
        "message" => "<188>Mar 29 2019 16:57:30 BJQ-219-A1-ITCloud-FW-E8000E-1 %%01SEC/4/POLICYPERMIT(l)[1976979]:VSYS=public;",
    "description" => "VSYS=public;"
}

Flume

Apache Flume是Cloudera提供的一个高可用的，高可靠的，分布式的海量日志采集、聚合和传输的系统，Flume支持在日志系统中定制各类数据发送方，用于收集数据；同时，Flume提供对数据进行简单处理，并写到各种数据接受方（可定制）的能力。Flume有两个版本，分别是Flume OG和Flume NG，目前用的都是FlumeNG。
Flume具有高可用，分布式，配置工具，其设计的原理也是基于将数据流，如日志数据从各种网站服务器上汇集起来存储到HDFS，HBase等集中存储器中。

Flume的外部结构

如上图所示，数据发生器（如：facebook,twitter）产生的数据被服务器上的agent所收集，之后数据收容器从各个agent上汇集数据并将采集到的数据存入到HDFS或者HBase中。

Flume事件

事件作为Flume内部数据传输的最基本单元.它是由一个转载数据的字节数组(该数据组是从数据源接入点传入，并传输给传输器，也就是HDFS/HBase)和一个可选头部构成。
典型的Flume 事件如下面结构所示：

Flume agent

对于每一个Agent来说,它就是一共独立的守护进程(jvm),它从客户端哪儿接收收集,或者从其他的Agent哪儿接收,然后迅速的将获取的数据传给下一个目的节点sink,或者agent. 如下图所示flume的基本模型：


Source

从数据发生器接收数据,并将接收的数据以Flume的event格式传递给一个或者多个通道channal,Flume提供多种数据接收的方式,比如Avro,Thrift,twitter1%等。

Channel

channal是一种短暂的存储容器,它将从source处接收到的event格式的数据缓存起来,直到它们被sinks消费掉,它在source和sink间起着一共桥梁的作用,channal是一个完整的事务,这一点保证了数据在收发的时候的一致性.并且它可以和任意数量的source和sink链接. 支持的类型有: jdbc channel , File System channel ,Memort channel等.

Sink

sink将数据存储到集中存储器比如Hbase和HDFS,它从channals消费数据(events)并将其传递给目标地.目标地可能是另一个sink,也可能HDFS,HBase。当Sink写出event成功后，就会向Channel提交事务。Sink事务提交成功，处理完成的event将会被Channel删除。否则Channel会等待Sink重新消费处理失败的event。

Interceptor

拦截器是简单的插件式组件，设置在source和channel之间。source接收到的事件event，在写入channel之前，拦截器都可以进行转换或者删除这些事件。每个拦截器只处理同一个source接收到的事件。可以自定义拦截器。预定义的拦截器包含时间戳拦截器TimestampInterceptor、主机拦截器HostInterceptor、静态拦截器StaticInterceptor、正则过滤拦截器RegexExtractorInterceptor，通过使用不同的拦截器，实现不同的功能。
但是以上的这些拦截器，不能改变原有日志数据的内容或者对日志信息添加一定的处理逻辑，当一条日志信息有几十个甚至上百个字段的时候，在传统的Flume处理下，收集到的日志还是会有对应这么多的字段，也不能对你想要的字段进行对应的处理。根据实际业务的需求，为了更好的满足数据在应用层的处理，通过自定义Flume拦截器，过滤掉不需要的字段，并对指定字段加密处理，将源数据进行预处理。减少了数据的传输量，降低了存储的开销。

Logstash和Flume对比

1、Logstash比较偏重于字段的预处理，在异常情况下可能会出现数据丢失，只是在运维日志场景下，一般认为这个可能不重要；而Flume偏重数据的传输，几乎没有数据的预处理，仅仅是数据的产生，封装成event然后传输；传输的时候flume比logstash多考虑了一些可靠性。因为数据会持久化在channel中，数据只有存储在下一个存储位置（可能是最终的存储位置，如HDFS；也可能是下一个Flume节点的channel），数据才会从当前的channel中删除。这个过程是通过事务来控制的，这样就保证了数据的可靠性。
2、Logstash有几十个插件，配置比较灵活，flume强调用户自定义开发；
3、Logstash的input和filter还有output之间都存在buffer，进行缓冲；Flume直接使用channel做持久化
4、Logstash性能以及资源消耗比较严重，且不支持缓存；

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