3.1 日志管理与分析系统的基本功能

3.1.1 日志采集

日志采集一般有两种模式：日志推送和日志拉取。

在生产环境中，一般采用日志推送模式，即在日志产生端部署一个Agent（日志采集代理程序），由Agent发送数据。这种做法的好处是能够最大限度地控制采集过程。例如，当网络带宽比较小时，为了防止日志传输占用生产环境的大量带宽，可以对日志采集进行限速处理；如果需要节省流量，还可以通过Agent进行压缩发送，一次性发送更多的数据等。

日志拉取模式在生产环境中很少采用。前文提到的发送过程中各种额外的限制操作很难在拉取模式下实现。此外，以下两类棘手问题在拉取模式下也很难找到有效的解决方案。

（1）深层次目录下的大量小文件。

（2）日志轮转问题。

3.1.2 数据清洗

日志数据本质上是字符串，字符串通常需要经过预处理才能从中分析出有用结果。数据清洗就是将字符串按照一定的规则处理成结构化数据的过程，这样能使后面的数据分析更加容易。

数据清洗不只是数据修剪，有时也需要增加额外的数据来进行标识。例如，可以在数据清洗过程中增加所在的主机环境、主机负责人、业务系统等数据，为后续的精细化分析做准备。

3.1.3 日志存储

对日志数据进行清洗之后，下一步就是日志存储，即将日志按照一定的规则进行存储，以便在搜索时能够非常迅速地给出结果。日志存储需要选择存储引擎。常见的开源技术方案有HBase和Elasticsearch。

HBase 是基于 RowKey 的列簇存储引擎，自身不支持二级索引，查询和聚合均基于RowKey，所以在无法使用RowKey的情况下会变为全表扫描，导致效率降低。HBase组件较多，存储大量数据时可以考虑使用HBase，但其响应速度非常慢。

Elasticsearch是基于Apache Lucene的分布式文档存储、文本查询引擎，其采用了倒排索引、FST（Finite State Transducers）等设计思想，维护起来也比较方便。目前市场上最常见的日志分析开源方案ELK中的“E”就是指Elasticsearch。它可以通过分片的方式进行线性横向扩展，也支持大量数据存储。

3.1.4 日志告警

日志告警是日志管理与分析系统的重要功能之一，可以帮助运维人员监控数据。日志告警是指按预设计划周期性执行搜索语句，当监控数据结果满足触发条件时，就通过指定的告警方式及时通知运维人员。通用的告警方式是电子邮件，也有Syslog和HTTP转发、微信、短信等其他方式，可根据需要灵活选择。监控所需信息一般包括常规信息、告警类型、告警阈值和告警方式。

3.1.5 日志分析

经过数据清洗、日志存储流程，可以将非结构化数据存储为结构化数据。接下来，需要将这些结构化数据取出来进行分析。

例如，通过日志分析可以获取网站每类页面的 PV（PageView，页面访问量）值、独立IP数（去重之后的IP数量）；稍微复杂一些的，可以计算得出用户所检索的关键词排行榜、用户停留时间最长的页面等；更复杂的分析还有构建广告点击模型、分析用户行为特征等。此外，还可以分析某个故障是应用程序问题还是主机或网络问题导致的。

3.1.6 日志可视化

在数据分析要求不高的情况下，输出一个类似Excel文件的数据表格即可。但是，随着技术进步及数据分析要求日益增加，BI报表应运而生。BI（Business Intelligence）即商业智能，它是一个完整的解决方案，可以有效地集成企业现有数据，快速准确地生成报表，为企业决策提供依据。

日志可视化的目标类似于 BI 报表，即根据存储的数据（不仅仅是日志数据）进行关联绘图，实现实时多维分析、分析化建模等。这样做的好处是如果有问题，运维人员可以及时发现；如果没有问题，则无须持续关注。

3.1.7 日志智能分析

日志智能分析是指将机器学习和人工智能算法应用到日志分析中，常见的有 KPI（Key Performance Indicator）异常检测、大数据智能分析、收敛和抑制告警、大数据智能预测故障、基于数据挖掘的故障诊断、应用性能预测及优化、智能安全态势感知、运维知识库智能检索回复，以及计算、存储、网络容量的预测等。KPI 异常检测中的KPI 指的是关键性能指标，一般包括服务KPI和机器KPI，服务KPI如网页响应时间、网页访问量、连接错误数量等，机器KPI如CPU利用率、内存利用率等。KPI存储形式为按时间排列的数列，也就是时间序列。

3.1.8 用户与权限管理

在一个日志管理与分析系统中，不同类型的数据往往由不同部门的不同人员进行管理，非本部门的人是无权查看数据的，甚至某些脱敏的数据连本部门初级人员也无权查看，这就需要鉴权这一必不可少的功能来支持。

用户ID常用邮箱或电话号码进行唯一匹配。权限一般分为数据权限和功能权限。数据权限是指对某类数据的操作权限，数据类型可以是日志数据，也可以是脱敏及检索等相关操作得到的结果。功能权限是指系统某项功能的使用权限，如能否创建告警等。为了便于管理，通常将多个权限的集合建立为角色，将人员分成不同用户组，并将角色和用户组进行关联。

3.1.9 系统管理

系统管理是日志管理与分析系统的重要功能之一。

思考下面这些场景：

（1）因为数据量很大，所以需要很多节点来运行系统。

（2）需要对系统所使用的资源进行监控。

（3）因为节点多，所以需要统一启停服务的功能。

（4）系统中程序太多，需要根据不同的程序、节点进行配置管理。

（5）系统出现Bug，需要进行修复。

（6）系统需要增加一个新功能。

遇到以上场景时，如果一台一台地登录主机来启停服务、修改配置、上传补丁包、更新系统，节点少时还可以，节点多了之后就会产生很大的工作量，而且这种工作完全依赖个人经验，稍有不慎就会造成系统宕机事故。

在这种情况下，如果有一个后台管理程序，专门负责日志管理与分析系统自身的运行与维护，上述所有操作都可在此后台管理程序上执行，那么对运维人员而言将是很大的解放。