Raspberry Piで構築するPrometheus + Grafana監視基盤

はじめに

自宅のマルチサーバー環境を一元監視するため、Raspberry Pi上にPrometheus + Grafanaベースの監視基盤を構築しました。本記事では、設計思想から実装詳細、運用で得られた知見までを共有します。

プロジェクト概要

項目	内容
目的	複数サーバーの統合監視・可視化
監視サーバー	Raspberry Pi 4
監視対象	Webサーバー、DBサーバー、監視サーバー自身
使用技術	Prometheus, Grafana, Docker, systemd, Tailscale
開発期間	設計・構築・運用テストまで約1週間

技術スタック

コアコンポーネント

Prometheus - 時系列データベース・メトリクス収集
Grafana - 可視化・ダッシュボード
Docker - Exporter群のコンテナ管理
systemd - サービス管理・自動起動

Exporter（メトリクス収集エージェント）

Exporter	用途	収集メトリクス
Node Exporter	システム監視	CPU、メモリ、ディスク、ネットワーク
MySQL Exporter	MySQL/MariaDB監視	クエリ数、接続数、レプリケーション
PostgreSQL Exporter	PostgreSQL監視	接続数、トランザクション、テーブル統計
Nginx Exporter	Webサーバー監視	リクエスト数、アクティブ接続数

ネットワーク

Tailscale - リモートサーバーとのセキュアな接続（VPN）
ローカルLAN - 同一ネットワーク内サーバー監視

システムアーキテクチャ

    ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│              監視サーバー (Raspberry Pi)                 │
│                                                         │
│   ┌─────────────────┐       ┌─────────────────┐        │
│   │   Prometheus    │──────▶│    Grafana      │        │
│   │   (TSDB)        │PromQL │  (Visualization)│        │
│   │   Port: 9090    │       │   Port: 3000    │        │
│   └────────┬────────┘       └─────────────────┘        │
│            │                                            │
│            │ HTTP Scrape (15秒間隔)                     │
│            │                                            │
│   ┌────────┴────────┐                                   │
│   │  Node Exporter  │  ← ローカルシステムメトリクス      │
│   │  :9100          │                                   │
│   ├─────────────────┤                                   │
│   │ Postgres Export │  ← Docker経由                     │
│   │  :9187          │                                   │
│   ├─────────────────┤                                   │
│   │  Nginx Exporter │  ← Docker経由                     │
│   └─────────────────┘                                   │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
            │
            │ Tailscale VPN / LAN
            │
    ┌───────┴───────┬───────────────────┐
    │               │                   │
    ▼               ▼                   ▼
┌─────────┐   ┌─────────┐         ┌─────────┐
│  Web    │   │   DB    │         │  Other  │
│ Server  │   │ Server  │         │ Servers │
│ :9100   │   │ :9100   │         │ :9100   │
│         │   │ :9104   │         │         │
└─────────┘   └─────────┘         └─────────┘

実装のポイント

1. Hybrid運用（systemd + Docker）

メインサービス（Prometheus、Grafana）はsystemdで管理し、Exporterは用途に応じてsystemdとDockerを使い分けました。

systemd管理のメリット:

OS起動時の自動起動が確実
ログ管理がjournalctlに統合
リソース消費が軽量

Docker管理のメリット:

環境依存なく同一設定でデプロイ可能
バージョン管理が容易
設定変更時の切り戻しが簡単

    # docker-compose.yml（Exporter群）
services:
  postgres-exporter:
    image: prometheuscommunity/postgres-exporter:latest
    environment:
      - DATA_SOURCE_NAME=postgresql://user:pass@db:5432/postgres
    restart: unless-stopped

2. 自動セットアップスクリプト

新規サーバーへの監視エージェント導入を自動化するスクリプトを作成しました。

    #!/bin/bash
# setup-db-server.sh - DBサーバー用

# アーキテクチャ自動判定（arm64/amd64対応）
ARCH=$(uname -m)
if [ "$ARCH" = "aarch64" ]; then
    ARCH_SUFFIX="arm64"
else
    ARCH_SUFFIX="amd64"
fi

# Node Exporterインストール
wget -q "https://github.com/.../node_exporter-${VERSION}.linux-${ARCH_SUFFIX}.tar.gz"

# DB種別自動判定
if command -v mysql &> /dev/null; then
    install_mysql_exporter
fi
if command -v psql &> /dev/null; then
    install_postgres_exporter
fi

特徴:

ARM64/AMD64両対応
インストール済みDBを自動検出
監視ユーザー作成・権限設定を自動化
完了後にPrometheus設定の追記内容を出力

3. Tailscaleによるリモート監視

異なるネットワークにあるWebサーバーをTailscale経由で監視しています。

    # prometheus.yml
- job_name: 'web-server'
  static_configs:
    - targets: ['100.126.77.58:9100']  # Tailscale IP
      labels:
        instance: 'web-ras'

メリット:

ファイアウォール設定不要
暗号化通信
NATを超えた接続

4. Grafana Provisioning

データソースとダッシュボードを設定ファイルで管理し、再構築時も同一環境を再現可能にしました。

    # /etc/grafana/provisioning/datasources/prometheus.yml
apiVersion: 1
datasources:
  - name: Prometheus
    type: prometheus
    access: proxy
    url: http://localhost:9090
    isDefault: true

運用実績

稼働状況

項目	数値
連続稼働時間	2週間以上
メトリクス収集間隔	15秒
データ保持期間	15日（デフォルト）
監視対象サーバー	3台

監視対象メトリクス数

    # Prometheusのメトリクス数確認
$ curl -s localhost:9090/api/v1/label/__name__/values | jq '.data | length'
1,247

工夫した点

1. 最小権限の原則

DB監視ユーザーには必要最小限の権限のみ付与:

    -- MySQL
GRANT PROCESS, REPLICATION CLIENT, SELECT ON *.* TO 'exporter'@'localhost';

-- PostgreSQL
GRANT pg_monitor TO postgres_exporter;

2. セキュリティ設計

Exporterポートはファイアウォールで監視サーバーのみ許可
認証情報ファイルは chmod 600 で保護
Tailscale経由でのリモート監視（ポート公開不要）

3. 拡張性

新規サーバー追加時の手順を標準化:

セットアップスクリプト実行（対象サーバー）
prometheus.ymlにターゲット追加（監視サーバー）
Grafanaダッシュボードインポート

今後の改善予定

Alertmanagerによるアラート通知（Slack/Discord連携）
Loki + Promtailによるログ収集統合
Grafana Cloudへのメトリクス転送（長期保存）
Kubernetes環境への拡張

得られた知見

Raspberry Piでの運用

メモリ: 4GB RAMで十分運用可能（Prometheus + Grafana + Docker Exporter）
ストレージ: SDカードでも動作するが、SSDを推奨（書き込み耐久性）
ARM64対応: 主要なExporterはすべてARM64ビルドが提供されている

Prometheusの設計思想

Pull型アーキテクチャにより:

監視対象がダウンしても監視サーバーに影響なし
ファイアウォール設定が単純（監視サーバー→対象への一方向）
スケールアウトが容易

まとめ

Raspberry PiとOSSツールのみで、商用監視サービスに匹敵する監視基盤を構築できました。

このプロジェクトで使用した技術:

インフラ: Linux, systemd, Docker, Docker Compose
監視: Prometheus, Grafana, 各種Exporter
ネットワーク: Tailscale, ファイアウォール設定
自動化: Bashスクリプト

対応可能な業務:

オンプレミス/クラウド環境の監視基盤構築
Prometheus/Grafanaの導入・運用支援
インフラの可視化・メトリクス設計
アラート設計・通知設定

はじめに#

プロジェクト概要#

技術スタック#

コアコンポーネント#

Exporter（メトリクス収集エージェント）#

ネットワーク#

システムアーキテクチャ#

実装のポイント#

1. Hybrid運用（systemd + Docker）#

2. 自動セットアップスクリプト#

3. Tailscaleによるリモート監視#

4. Grafana Provisioning#

運用実績#

稼働状況#

監視対象メトリクス数#

工夫した点#

1. 最小権限の原則#

2. セキュリティ設計#

3. 拡張性#

今後の改善予定#

得られた知見#

Raspberry Piでの運用#

Prometheusの設計思想#

まとめ#