自從上了 Prometheus 監(jiān)控，睡覺(jué)真香！

當(dāng)我第一次接觸 Prometheus 的時(shí)候也有類似的感覺(jué)。對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)， Prometheus 包含的概念太多了，門檻也太高了。

概念：Instance、Job、Metric、Metric Name、Metric Label、Metric Value、Metric Type（Counter、Gauge、Histogram、Summary）、DataType（Instant Vector、Range Vector、Scalar、String）、Operator、Function

馬云說(shuō)：“雖然阿里巴巴是全球最大的零售平臺(tái)，但阿里不是零售公司，是一家數(shù)據(jù)公司”。

Prometheus 也是一樣，本質(zhì)來(lái)說(shuō)是一個(gè)基于數(shù)據(jù)的監(jiān)控系統(tǒng)。

日常監(jiān)控

假設(shè)需要監(jiān)控 WebServerA 每個(gè)API的請(qǐng)求量為例，需要監(jiān)控的維度包括：服務(wù)名（job）、實(shí)例IP（instance）、API名（handler）、方法（method）、返回碼(code)、請(qǐng)求量（value）。

如果以SQL為例，演示常見(jiàn)的查詢操作：

查詢 method=put 且 code=200 的請(qǐng)求量(紅框)

SELECT?*?from?http_requests_total?WHERE?code=”200”?AND?method=”put”?AND?created_at?BETWEEN?1495435700?AND?1495435710;

查詢 handler=prometheus 且 method=post 的請(qǐng)求量(綠框)

SELECT?*?from?http_requests_total?WHERE?handler=”prometheus”?AND?method=”post”?AND?created_at?BETWEEN?1495435700?AND?1495435710;

查詢 instance=10.59.8.110 且 handler 以 query 開(kāi)頭 的請(qǐng)求量(綠框)

SELECT?*?from?http_requests_total?WHERE?handler=”query”?AND?instance=”10.59.8.110”?AND?created_at?BETWEEN?1495435700?AND?1495435710;

通過(guò)以上示例可以看出，在常用查詢和統(tǒng)計(jì)方面，日常監(jiān)控多用于根據(jù)監(jiān)控的維度進(jìn)行查詢與時(shí)間進(jìn)行組合查詢。另外，關(guān)注公眾號(hào)Java技術(shù)棧，在后臺(tái)回復(fù)：面試，可以獲取我整理的最新Java系列面試題和答案。

如果監(jiān)控100個(gè)服務(wù)，平均每個(gè)服務(wù)部署10個(gè)實(shí)例，每個(gè)服務(wù)有20個(gè)API，4個(gè)方法，30秒收集一次數(shù)據(jù)，保留60天。那么總數(shù)據(jù)條數(shù)為：100(服務(wù)) 10（實(shí)例） 20（API） 4（方法） 86400（1天秒數(shù)）* 60(天) / 30（秒）= 138.24 億條數(shù)據(jù)，寫入、存儲(chǔ)、查詢?nèi)绱肆考?jí)的數(shù)據(jù)是不可能在Mysql類的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)上完成的。

因此 Prometheus 使用 TSDB 作為 存儲(chǔ)引擎。

存儲(chǔ)引擎

TSDB 作為 Prometheus 的存儲(chǔ)引擎完美契合了監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景：

• 存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量級(jí)十分龐大
• 大部分時(shí)間都是寫入操作
• 寫入操作幾乎是順序添加，大多數(shù)時(shí)候數(shù)據(jù)到達(dá)后都以時(shí)間排序
• 寫操作很少寫入很久之前的數(shù)據(jù)，也很少更新數(shù)據(jù)。大多數(shù)情況在數(shù)據(jù)被采集到數(shù)秒或者數(shù)分鐘后就會(huì)被寫入數(shù)據(jù)庫(kù)
• 刪除操作一般為區(qū)塊刪除，選定開(kāi)始的歷史時(shí)間并指定后續(xù)的區(qū)塊。很少單獨(dú)刪除某個(gè)時(shí)間或者分開(kāi)的隨機(jī)時(shí)間的數(shù)據(jù)
• 基本數(shù)據(jù)大，一般超過(guò)內(nèi)存大小。一般選取的只是其一小部分且沒(méi)有規(guī)律，緩存幾乎不起任何作用
• 讀操作是十分典型的升序或者降序的順序讀
• 高并發(fā)的讀操作十分常見(jiàn)

那么 TSDB 是怎么實(shí)現(xiàn)以上功能的呢？

"labels":?[{
????"latency":????????"500"
}]
"samples":[{
????"timestamp":?1473305798,
????"value":?0.9
}]

原始數(shù)據(jù)分為兩部分 label, samples。前者記錄監(jiān)控的維度（標(biāo)簽:標(biāo)簽值），指標(biāo)名稱和標(biāo)簽的可選鍵值對(duì)唯一確定一條時(shí)間序列（使用 series_id 代表）；后者包含包含了時(shí)間戳（timestamp）和指標(biāo)值（value）。

series
^
│.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.???server{latency="500"}
│.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.???server{latency="300"}
│.?.?.?.?.?.?.?.?.?.???.???server{}
│.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?
v
<--------?time?---------->

TSDB 使用 timeseries:doc:: 為 key 存儲(chǔ) value。為了加速常見(jiàn)查詢查詢操作：label 和 時(shí)間范圍結(jié)合。

TSDB 額外構(gòu)建了三種索引：Series, Label Index 和 Time Index。

以標(biāo)簽 latency 為例：

Series

存儲(chǔ)兩部分?jǐn)?shù)據(jù)。一部分是按照字典序的排列的所有標(biāo)簽鍵值對(duì)序列（series）；另外一部分是時(shí)間線到數(shù)據(jù)文件的索引，按照時(shí)間窗口切割存儲(chǔ)數(shù)據(jù)塊記錄的具體位置信息，因此在查詢時(shí)可以快速跳過(guò)大量非查詢窗口的記錄數(shù)據(jù)

Label Index

每對(duì) label 為會(huì)以 index:label: 為 key，存儲(chǔ)該標(biāo)簽所有值的列表，并通過(guò)引用指向 Series 該值的起始位置。

Time Index

數(shù)據(jù)會(huì)以 index:timeseries:: 為 key，指向?qū)?yīng)時(shí)間段的數(shù)據(jù)文件

數(shù)據(jù)計(jì)算

強(qiáng)大的存儲(chǔ)引擎為數(shù)據(jù)計(jì)算提供了完美的助力，使得 Prometheus 與其他監(jiān)控服務(wù)完全不同。

Prometheus 可以查詢出不同的數(shù)據(jù)序列，然后再加上基礎(chǔ)的運(yùn)算符，以及強(qiáng)大的函數(shù)，就可以執(zhí)行 metric series 的矩陣運(yùn)算（見(jiàn)下圖）。

如此，Promtheus體系的能力不弱于監(jiān)控界的“數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)”+“計(jì)算平臺(tái)”。因此，在大數(shù)據(jù)的開(kāi)始在業(yè)界得到應(yīng)用，就能明白，這就是監(jiān)控未來(lái)的方向。

一次計(jì)算，處處查詢

當(dāng)然，如此強(qiáng)大的計(jì)算能力，消耗的資源也是挺恐怖的。

因此，查詢預(yù)計(jì)算結(jié)果通常比每次需要原始表達(dá)式都要快得多，尤其是在儀表盤和告警規(guī)則的適用場(chǎng)景中，儀表盤每次刷新都需要重復(fù)查詢相同的表達(dá)式，告警規(guī)則每次運(yùn)算也是如此。

因此，Prometheus提供了 Recoding rules，可以預(yù)先計(jì)算經(jīng)常需要或者計(jì)算量大的表達(dá)式，并將其結(jié)果保存為一組新的時(shí)間序列， 達(dá)到一次計(jì)算，多次查詢的目的。