## 前言

Node Exporter 是 Prometheus 生态中最基础也最重要的 Exporter，用于采集 Linux 主机的 CPU、内存、磁盘、网络等硬件指标。本篇详解 Node Exporter 的部署、配置、指标解读和自定义 Collector。

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## 一、Node Exporter 概述

### 采集范围

```
Node Exporter 采集的主机指标：
  ├── CPU（使用率/各模式时间/核心数）
  ├── 内存（总量/可用/缓存/交换分区）
  ├── 磁盘（容量/IO/文件系统）
  ├── 网络（收发字节/包数/错误数）
  ├── 文件系统（可用空间/inode）
  ├── 系统负载（1/5/15分钟）
  ├── 进程/线程数
  ├── 开机时间
  └── TCP 连接状态
```

### 不采集的内容

```
Node Exporter 是只读的，不采集：
  ❌ 应用指标（需要应用自己埋点）
  ❌ 容器指标（用 cAdvisor）
  ❌ Kubernetes 指标（用 kube-state-metrics）
  ❌ 日志（用 ELK/Loki）
  ❌ 追踪（用 Jaeger/Tempo）
```

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## 二、安装部署

### 二进制安装

```bash
# 下载
wget https://github.com/prometheus/node_exporter/releases/download/v1.7.0/node_exporter-1.7.0.linux-amd64.tar.gz

# 解压
tar xzf node_exporter-1.7.0.linux-amd64.tar.gz
cd node_exporter-1.7.0.linux-amd64

# 创建用户
sudo useradd --no-create-home --shell /bin/false node_exporter

# 安装
sudo cp node_exporter /usr/local/bin/
sudo chown node_exporter:node_exporter /usr/local/bin/node_exporter
```

### Systemd 服务

```ini
# /etc/systemd/system/node_exporter.service
[Unit]
Description=Node Exporter
After=network.target

[Service]
User=node_exporter
Group=node_exporter
Type=simple
ExecStart=/usr/local/bin/node_exporter \
  --web.listen-address=0.0.0.0:9100 \
  --web.telemetry-path=/metrics \
  --collector.textfile.directory=/var/lib/node_exporter/textfile \
  --collector.filesystem.mount-points-exclude=^/(dev|proc|sys|var/lib/docker/.+)($|/) \
  --collector.filesystem.fs-types-exclude=^(tmpfs|autofs|binfmt_misc|cgroup|configfs|debugfs|devpts|devtmpfs|fusectl|hugetlbfs|mqueue|nsfs|overlay|proc|pstore|rpc_pipefs|securityfs|selinuxfs|squashfs|sysfs|tracefs)$
Restart=on-failure

[Install]
WantedBy=multi-user.target
```

```bash
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable node_exporter
sudo systemctl start node_exporter

# 验证
curl http://localhost:9100/metrics | head -20
```

### Docker 部署

```bash
docker run -d \
  --name node-exporter \
  --net=host \
  --pid=host \
  -v /proc:/host/proc:ro \
  -v /sys:/host/sys:ro \
  -v /:/rootfs:ro \
  -v /var/lib/node_exporter/textfile:/var/lib/node_exporter/textfile \
  prom/node-exporter:v1.7.0 \
  --path.procfs=/host/proc \
  --path.sysfs=/host/sys \
  --path.rootfs=/rootfs
```

### Kubernetes DaemonSet

```yaml
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: node-exporter
  namespace: monitoring
  labels:
    app: node-exporter
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: node-exporter
  template:
    metadata:
      labels:
        app: node-exporter
    spec:
      hostPID: true
      hostNetwork: true
      containers:
        - name: node-exporter
          image: prom/node-exporter:v1.7.0
          args:
            - --path.procfs=/host/proc
            - --path.sysfs=/host/sys
            - --path.rootfs=/host/root
            - --collector.filesystem.mount-points-exclude=^/(dev|proc|sys|var/lib/docker/.+)($|/)
            - --collector.filesystem.fs-types-exclude=^(tmpfs|json\.fs|fuse\.overlay|overlay)$
          ports:
            - containerPort: 9100
              hostPort: 9100
          volumeMounts:
            - name: proc
              mountPath: /host/proc
              readOnly: true
            - name: sys
              mountPath: /host/sys
              readOnly: true
            - name: root
              mountPath: /host/root
              readOnly: true
            - name: textfile
              mountPath: /var/lib/node_exporter/textfile
      volumes:
        - name: proc
          hostPath:
            path: /proc
        - name: sys
          hostPath:
            path: /sys
        - name: root
          hostPath:
            path: /
        - name: textfile
          hostPath:
            path: /var/lib/node_exporter/textfile
            type: DirectoryOrCreate
```

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## 三、核心指标解读

### CPU 指标

```promql
# CPU 各模式时间（Counter）
node_cpu_seconds_total{cpu="0", mode="idle"} 123456.78
node_cpu_seconds_total{cpu="0", mode="user"} 4567.89
node_cpu_seconds_total{cpu="0", mode="system"} 1234.56
node_cpu_seconds_total{cpu="0", mode="iowait"} 56.78

# CPU 使用率 = 100 - idle 率
100 - (avg(rate(node_cpu_seconds_total{mode="idle"}[5m])) by (instance) * 100)

# CPU 核心数
count(node_cpu_seconds_total{mode="idle"}) by (instance)

# iowait 比例
avg(rate(node_cpu_seconds_total{mode="iowait"}[5m])) by (instance) * 100
```

### 内存指标

```promql
# 总内存
node_memory_MemTotal_bytes

# 可用内存（含缓存）
node_memory_MemAvailable_bytes

# 已用内存
node_memory_MemTotal_bytes - node_memory_MemAvailable_bytes

# 内存使用率
(1 - node_memory_MemAvailable_bytes / node_memory_MemTotal_bytes) * 100

# Swap 使用
node_memory_SwapTotal_bytes - node_memory_SwapFree_bytes
```

### 磁盘指标

```promql
# 文件系统使用
node_filesystem_size_bytes{mountpoint="/"}
node_filesystem_free_bytes{mountpoint="/"}
node_filesystem_avail_bytes{mountpoint="/"}

# 使用率
(1 - node_filesystem_avail_bytes / node_filesystem_size_bytes) * 100

# 磁盘 IO
node_disk_reads_completed_total
node_disk_reads_bytes_total
node_disk_writes_completed_total
node_disk_writes_bytes_total

# 读写速率
rate(node_disk_reads_bytes_total[5m])
rate(node_disk_writes_bytes_total[5m])

# IOPS
rate(node_disk_reads_completed_total[5m]) + rate(node_disk_writes_completed_total[5m])

# IO 延迟
rate(node_disk_io_time_seconds_total[5m]) * 1000  # 毫秒
```

### 网络指标

```promql
# 收发字节数
node_network_receive_bytes_total{device="eth0"}
node_network_transmit_bytes_total{device="eth0"}

# 速率（bits/s）
rate(node_network_receive_bytes_total{device="eth0"}[5m]) * 8
rate(node_network_transmit_bytes_total{device="eth0"}[5m]) * 8

# 收发包数
rate(node_network_receive_packets_total[5m])
rate(node_network_transmit_packets_total[5m])

# 错误/丢包
rate(node_network_receive_errs_total[5m])
rate(node_network_transmit_errs_total[5m])
```

### 系统负载

```promql
# 1/5/15 分钟平均负载
node_load1
node_load5
node_load15

# 负载/CPU 核心数
node_load1 / count(node_cpu_seconds_total{mode="idle"}) by (instance)
```

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## 四、Collector 控制

### 启用/禁用 Collector

```bash
# 查看所有 Collector
node_exporter --help 2>&1 | grep -A 1 collector

# 禁用默认启用的 Collector
node_exporter --no-collector.infiniband

# 启用默认禁用的 Collector
node_exporter --collector.systemd
node_exporter --collector.processes
node_exporter --collector.tcpstat
node_exporter --collector.bonding

# 性能优化建议禁用的 Collector
node_exporter \
  --no-collector.infiniband \
  --no-collector.ipvs \
  --no-collector.mdadm \
  --no-collector.nfs \
  --no-collector.nfsd \
  --no-collector.wifi \
  --no-collector.btrfs
```

### Collector 列表

| Collector | 默认 | 说明 |
|-----------|------|------|
| cpu | ✅ | CPU 使用 |
| meminfo | ✅ | 内存信息 |
| diskstats | ✅ | 磁盘 IO |
| filesystem | ✅ | 文件系统 |
| netdev | ✅ | 网络接口 |
| loadavg | ✅ | 系统负载 |
| stat | ✅ | /proc/stat（上下文切换等） |
| time | ✅ | 系统时间 |
| uname | ✅ | 系统信息 |
| hwmon | ✅ | 硬件监控（温度/风扇） |
| netstat | ✅ | 网络状态（TCP） |
| vmstat | ✅ | 虚拟内存 |
| systemd | ❌ | Systemd 服务状态 |
| process | ❌ | 进程列表 |
| tcpstat | ❌ | TCP 连接详情 |
| textfile | ❌ | 文本文件指标（自定义） |
| perf | ❌ | 性能计数器 |

---

## 五、Textfile Collector：自定义指标

### 工作原理

```
Textfile Collector 读取指定目录下的 .prom 文件
  /var/lib/node_exporter/textfile/
    ├── backup_status.prom
    ├── raid_check.prom
    └── custom_metrics.prom
  Node Exporter 采集时自动包含这些指标
```

### 编写 .prom 文件

```bash
# 创建目录
mkdir -p /var/lib/node_exporter/textfile

# 编写指标文件
cat > /var/lib/node_exporter/textfile/backup_status.prom << 'EOF'
# HELP backup_last_run_timestamp Unix timestamp of last backup
# TYPE backup_last_run_timestamp gauge
backup_last_run_timestamp{type="full"} 1704067200
backup_last_run_timestamp{type="incremental"} 1704070800

# TYPE backup_status gauge
backup_status{type="full"} 1
backup_status{type="incremental"} 0

# HELP backup_size_bytes Size of last backup
# TYPE backup_size_bytes gauge
backup_size_bytes{type="full"} 1.073741824e+12
backup_size_bytes{type="incremental"} 5.36870912e+09
EOF
```

### 脚本 + Cron 定时更新

```bash
#!/bin/bash
# /usr/local/bin/collect_raid_status.sh

STATUS_FILE="/var/lib/node_exporter/textfile/raid_status.prom"
TMP_FILE="${STATUS_FILE}.$$"

# 检查 RAID 状态
raid_status=$(cat /proc/mdstat | grep -c "UU")
if [ "$raid_status" -eq 1 ]; then
    raid_healthy=1
else
    raid_healthy=0
fi

# 写入指标
cat > "$TMP_FILE" << EOF
# HELP raid_healthy Whether RAID array is healthy
# TYPE raid_healthy gauge
raid_healthy{device="md0"} $raid_healthy
EOF

# 原子替换
mv "$TMP_FILE" "$STATUS_FILE"
```

```bash
# Cron 配置
echo "*/5 * * * * /usr/local/bin/collect_raid_status.sh" | sudo tee -a /etc/crontab
```

### 验证

```bash
# 重启 Node Exporter（如果用了 textfile collector 参数）
# 启动时加 --collector.textfile.directory=/var/lib/node_exporter/textfile

# 验证
curl http://localhost:9100/metrics | grep raid_healthy
# raid_healthy{device="md0"} 1
```

---

## 六、Prometheus 采集配置

```yaml
scrape_configs:
  - job_name: 'node-exporter'
    scrape_interval: 15s
    static_configs:
      - targets: ['node1:9100', 'node2:9100', 'node3:9100']
        labels:
          env: 'production'
          region: 'beijing'
    
    # 过滤不需要的指标
    metric_relabel_configs:
      - source_labels: [__name__]
        regex: 'node_cpu_guest.*|node_cpu_guest_total'
        action: drop
      
      # 删除不需要的文件系统
      - source_labels: [mountpoint]
        regex: '/var/lib/docker/.*'
        action: drop
      
      # 删除不需要的网络接口
      - source_labels: [device]
        regex: '^(docker|veth|br-).*'
        action: drop
```

---

## 七、常用 Dashboard 查询

```promql
# 1. CPU 使用率
100 - (avg by(instance) (rate(node_cpu_seconds_total{mode="idle"}[5m])) * 100)

# 2. 内存使用率
(1 - node_memory_MemAvailable_bytes / node_memory_MemTotal_bytes) * 100

# 3. 磁盘使用率
(1 - node_filesystem_avail_bytes{fstype!~"tmpfs|overlay"} / node_filesystem_size_bytes{fstype!~"tmpfs|overlay"}) * 100

# 4. 网络带宽
sum by(instance) (rate(node_network_receive_bytes_total{device!~"lo|docker.*|veth.*"}[5m]) * 8)

# 5. 系统负载
node_load1

# 6. 磁盘 IOPS
sum by(instance, device) (rate(node_disk_reads_completed_total[5m]) + rate(node_disk_writes_completed_total[5m]))

# 7. TCP 连接数
node_netstat_Tcp_CurrEstab

# 8. 上下文切换
rate(node_context_switches_total[5m])
```

> ⚠️ **踩坑提示**：
> - 容器中运行 Node Exporter 必须挂载 /proc 和 /sys
> - K8s DaemonSet 用 hostPID + hostNetwork
> - filesystem collector 排除 tmpfs/overlay 避免噪音
> - Textfile 目录需要提前创建
> - .prom 文件写入用临时文件 + mv 原子替换

---

## 要点回顾

| 指标类别 | 关键指标 | PromQL 模式 |
|---------|---------|-------------|
| CPU | node_cpu_seconds_total | rate() → 使用率 |
| 内存 | node_memory_MemAvailable_bytes | 直接值 |
| 磁盘 | node_filesystem_avail_bytes | 比值 |
| 磁盘IO | node_disk_reads_bytes_total | rate() |
| 网络 | node_network_receive_bytes_total | rate() |
| 负载 | node_load1 | 直接值 |

- Node Exporter 是主机监控的基础，采集 OS 级指标
- 二进制用 systemd，容器/K8s 需挂载 /proc /sys
- Textfile Collector 实现自定义指标，无需写代码
- 用 metric_relabel_configs 过滤噪音指标
- 生产环境禁用不需要的 Collector 减少开销

---

## 下一篇预告

主机指标搞定了，下一篇 **【Prometheus·Exporter 篇】常用 Exporter：MySQL、Redis、Nginx、Kafka 部署指南** 将覆盖中间件监控。

Node Exporter 是 Prometheus 生态中最基础也最重要的 Exporter，用于采集 Linux 主机的 CPU、内存、磁盘、网络等硬件指标。本篇详解 Node Exporter 的部署、配置、指标解读和自定义 Collector。

【Prometheus·Exporter 篇】Node Exporter 详解：主机指标采集与自定义 Collector

研发部经理

编程语言

NodeExporter部署配置与监控指标详解：涵盖CPU、内存、磁盘、网络等主机核心指标采集，支持二进制、Docker和K8s DaemonSet多种部署方式，提供systemd管理、Collector控制及Textfile自定义指标方案，附Prometheus配置和常用PromQL查询，助你快速构建主机监控体系。

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