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Prometheus配置

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Prometheus配置

简介

Prometheus受启发于Google的Brogmon监控系统（相似的Kubernetes是从Google的Brog系统演变而来），从2012年开始由前Google工程师在Soundcloud以开源软件的形式进行研发，并且于2015年早期对外发布早期版本。2016年5月继Kubernetes之后成为第二个正式加入CNCF基金会的项目，同年6月正式发布1.0版本。2017年底发布了基于全新存储层的2.0版本，能更好地与容器平台、云平台配合。

特点

  • 易于部署：单一二进制文件，部署简单
  • 高效数据模型：监控指标以时序序列保存在存储中，并可灵活设置标签来对数据不同维度进行区分；
  • 强大查询语言PromQL：内置的PromQL支持查询、聚合、过滤等复杂操作，可实现高效的查询；
  • 易于扩展：支持分区和联邦集群部署，并可结合thano实现分布式部署；
  • 易于集成：支持多种语言SDK，拥有大量第三方集成模块，可方便与第三方系统进行集成

架构

Prometheus 的主要模块包括：Prometheus server, exporters, Pushgateway, PromQL, Alertmanager 以及图形界面。

工作流程

  1. Prometheus server 定期从配置好的 jobs 或者 exporters 中拉 metrics，或者接收来自 Pushgateway 发过来的 metrics，或者从其他的 Prometheus server 中拉 metrics。
  2. Prometheus server 在本地存储收集到的 metrics，并运行已定义好的 alert.rules，记录新的时间序列或者向 Alertmanager 推送警报。
  3. Alertmanager 根据配置文件，对接收到的警报进行处理，发出告警。
  4. 在图形界面中，可视化采集数据。

数据模型

Prometheus 中存储的数据为时间序列，是由 metric 的名字和一系列的标签（键值对）唯一标识的，不同的标签则代表不同的时间序列，如：

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api_http_requests_total{path="/users",status=200,method="GET",instance="10.111.201.26"}  100

该时序的名字为 api_http_requests_total，标签为 path、status、method 和 instance，只有时序名字和标签键值完全相同的时序才是同一个时序。事实上，时序名字就是一个隐藏标签：

1

{name="api_http_requests_total",path="/users",status=200,method="GET",instance="10.111.201.26"}  100

指标类型

Prometheus的时序数据包含以下四种类型：

  • Counter: 用于累计计数，例如用来记录请求次数。Counter的特点是一直增加不会减少。
  • Gauge：用于记录常规数值，可以增加或减少。例如用来记录CPU、内存的变化
  • Histogram：可理解为直方图，常用于跟踪事件发生的规模，如请求耗时、响应大小。可对记录的内容分组和聚合(count,sum等)，例如响应时间小于500毫秒的多少次、500毫秒~1000毫秒之间多少次、1000毫秒以上的多少次
  • Summary：与Histogram类似，但支持按百分比跟踪结果

存储模型

prometheus是一个时序型KV数据库，时序数据拥有垂直写，水平读的特点，在此基础上

  • 第1代: Prototype：直接利用LevelDB作为本地持久化存储，

  • 第2代: Prometheus V1

  • 第3代: Prometheus V2

高可用方案

存储原理

Prometheus按2小时一个block进行存储，每个block由一个目录组成，该目录里包含：

  • 一个或者多个chunk文件（保存timeseries数据）；

  • 一个metadata文件；

  • 一个index文件（通过metric name和labels查找timeseries数据在chunk文件的位置）。

最新写入的数据保存在内存block中，达到2小时后写入磁盘。为了防止程序崩溃导致数据丢失，实现了WAL（write-ahead-log）机制，启动时会以写入日志(WAL)的方式来实现重播，从而恢复数据。

删除数据时，删除条目会记录在独立的tombstone文件中，而不是立即从chunk文件删除。

通过时间窗口的形式保存所有的样本数据，可以明显提高Prometheus的查询效率，当查询一段时间范围内的所有样本数据时，只需要简单的从落在该范围内的块中查询数据即可。

这些2小时的block会在后台压缩成更大的block，数据压缩合并成更高level的block文件后删除低level的block文件。这个和leveldb、rocksdb等LSM树的思路一致。

这些设计和Gorilla的设计高度相似，所以Prometheus几乎就是等于一个缓存TSDB。它本地存储的特点决定了它不能用于long-term数据存储，只能用于短期窗口的timeseries数据保存和查询，并且不具有高可用性（宕机会导致历史数据无法读取）。

内存中的block数据未写入磁盘时，block目录下面主要保存wal文件:

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./data/01BKGV7JBM69T2G1BGBGM6KB12
./data/01BKGV7JBM69T2G1BGBGM6KB12/meta.json
./data/01BKGV7JBM69T2G1BGBGM6KB12/wal/000002
./data/01BKGV7JBM69T2G1BGBGM6KB12/wal/000001

持久化的block目录下wal文件被删除，timeseries数据保存在chunk文件里。index用于索引timeseries在wal文件里的位置。

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./data/01BKGV7JC0RY8A6MACW02A2PJD
./data/01BKGV7JC0RY8A6MACW02A2PJD/meta.json
./data/01BKGV7JC0RY8A6MACW02A2PJD/index
./data/01BKGV7JC0RY8A6MACW02A2PJD/chunks
./data/01BKGV7JC0RY8A6MACW02A2PJD/chunks/000001
./data/01BKGV7JC0RY8A6MACW02A2PJD/tombstones

存储配置

对于本地存储，prometheus提供了一些配置项，主要包括：

  • –storage.tsdb.path: 存储数据的目录，默认为data/，如果要挂外部存储，可以指定该目录
  • –storage.tsdb.retention.time: 数据过期清理时间，默认保存15天
  • –storage.tsdb.retention.size: 实验性质，声明数据块的最大值，不包括wal文件，如512MB
  • –storage.tsdb.retention: 已被废弃，改为使用storage.tsdb.retention.time

Prometheus将所有当前使用的块保留在内存中。此外，它将最新使用的块保留在内存中，最大内存可以通过storage.local.memory-chunks标志配置。

监测当前使用的内存量：

  • prometheus_local_storage_memory_chunks
  • process_resident_memory_bytes

监测当前使用的存储指标：

  • prometheus_local_storage_memory_series: 时间序列持有的内存当前块数量
  • prometheus_local_storage_memory_chunks: 在内存中持久块的当前数量
  • prometheus_local_storage_chunks_to_persist: 当前仍然需要持久化到磁盘的的内存块数量
  • prometheus_local_storage_persistence_urgency_score: 紧急程度分数

内存使用

prometheus在内存里保存了最近使用的chunks，具体chunks的最大个数可以通过storage.local.memory-chunks来设定，默认值为1048576，即1048576个chunk，大小为1G。
除了采用的数据，prometheus还需要对数据进行各种运算，因此整体内存开销肯定会比配置的local.memory-chunks大小要来的大，因此官方建议要预留3倍的local.memory-chunks的内存大小。

As a rule of thumb, you should have at least three times more RAM available than needed by the memory chunks alone

可以通过server的metrics去查看prometheus_local_storage_memory_chunks以及process_resident_memory_byte两个指标值。

  • prometheus_local_storage_memory_chunks

The current number of chunks in memory, excluding cloned chunks
目前内存中暴露的chunks的个数

  • process_resident_memory_byte

Resident memory size in bytes
驻存在内存的数据大小

  • prometheus_local_storage_persistence_urgency_score
    介于0-1之间，当该值小于等于0.7时，prometheus离开rushed模式。

当大于0.8的时候，进入rushed模式

  • prometheus_local_storage_rushed_mode
    1表示进入了rushed mode，0表示没有。进入了rushed模式的话，prometheus会利用storage.local.series-sync-strategy以及storage.local.checkpoint-interval的配置加速chunks的持久化。

storage参数

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docker run -p 9090:9090 \
    -v /tmp/prometheus-data:/prometheus-data \
    prom/prometheus \
    -storage.local.retention 168h0m0s \
    -storage.local.max-chunks-to-persist 3024288 \
    -storage.local.memory-chunks=50502740 \
    -storage.local.num-fingerprint-mutexes=300960

storage.local.memory-chunks

设定prometheus内存中保留的chunks的最大个数，默认为1048576，即为1G大小

storage.local.retention

用来配置采用数据存储的时间，168h0m0s即为24*7小时，即1周

storage.local.series-file-shrink-ratio

用来控制序列文件rewrite的时机，默认是在10%的chunks被移除的时候进行rewrite，如果磁盘空间够大，不想频繁rewrite，可以提升该值，比如0.3，即30%的chunks被移除的时候才触发rewrite。

storage.local.max-chunks-to-persist

该参数控制等待写入磁盘的chunks的最大个数，如果超过这个数，Prometheus会限制采样的速率，直到这个数降到指定阈值的95%。建议这个值设定为storage.local.memory-chunks的50%。Prometheus会尽力加速存储速度，以避免限流这种情况的发送。

storage.local.num-fingerprint-mutexes

当prometheus server端在进行checkpoint操作或者处理开销较大的查询的时候，采集指标的操作会有短暂的停顿，这是因为prometheus给时间序列分配的mutexes可能不够用，可以通过这个指标来增大预分配的mutexes，有时候可以设置到上万个。

storage.local.series-sync-strategy

控制写入数据之后，何时同步到磁盘，有'never', 'always', 'adaptive'. 同步操作可以降低因为操作系统崩溃带来数据丢失，但是会降低写入数据的性能。
默认为adaptive的策略，即不会写完数据就立刻同步磁盘，会利用操作系统的page cache来批量同步。

storage.local.checkpoint-interval

进行checkpoint的时间间隔，即对尚未写入到磁盘的内存chunks执行checkpoint操作。

索引

一般prometheus的查询是把metric+label做关键字的，而且是很宽泛，完全用户自定义的字符，因此没办法使用常规的sql数据库，prometheus的存储层使用了全文检索中的倒排索引概念，将每个时间序列视为一个小文档。而metric和label对应的是文档中的单词。

例如，requests_total{path=”/status”, method=”GET”, instance=”10.0.0.1:80″}是包含以下单词的文档：

  • name=”requests_total”
  • path=”/status”
  • method=”GET”

联邦（federate）集群

每一个Prometheus Server都包含一个/federate的接口，可用来获取当前节点中的监控数据。因此可通过该接口对整个prometheus集群进行拆分组合，建立分级节点，以做到集群的扩展，此模式称为联邦模式。

image-20190425092255032

3级联邦集群

  • L0：

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    # my global config
global:
  scrape_interval: 1m
  evaluation_interval: 1m

rule_files:
  - "/export/App/prometheus/conf/*_rules.yml"

# Here it's Prometheus itself.
scrape_configs:
    - job_name: "hbase"
      honor_labels: true
      scrape_interval: 1m
      scrape_timeout: 45s
      metrics_path: '/federate'
      params:
        'match[]':
          - '{service=~".base"}'

      static_configs:
        - targets:
            - 11.18.132.62:9090
            - 11.18.5.176:9090
            - 11.17.166.111:9090
            - 11.17.166.112:9090
            - 11.17.198.231:9090
            - 11.18.53.221:9090
            - 11.17.230.96:9090
            - 11.18.134.32:9090

  • L1

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    # my global config
global:
  scrape_interval: 1m
  evaluation_interval: 1m

rule_files:
  - "/export/App/prometheus/conf/*_rules.yml"

# Here it's Prometheus itself.
scrape_configs:
    - job_name: "hbase"
      honor_labels: true
      scrape_interval: 1m
      scrape_timeout: 45s
      metrics_path: '/federate'
      params:
        'match[]':
          - '{service=~".base"}'
      relabel_configs:
        - source_labels: [__address__]
          modulus: 4
          target_label:  __tmp_hash
          action:        hashmod
        - source_labels: [__tmp_hash]
          regex:  ^1$  
          action:  keep
      static_configs:
        - targets:
            - 11.17.95.179:9090
            - 11.18.5.41:9090
            - 11.18.5.42:9090
            - 11.17.196.172:9090
            - 11.18.37.33:9090
            - 11.18.37.34:9090
            - 11.18.97.88:9090
            - 11.17.108.239:9090
            - 11.17.108.240:9090
            - 11.18.131.202:9090
            - 11.17.165.240:9090
            - 11.17.228.41:9090
            - 11.18.163.237:9090
            - 11.18.163.236:9090
            - 11.17.228.40:9090
            - 11.18.247.2:9090
            - 11.17.130.94:9090
            - 11.18.163.235:9090
            - 11.18.70.175:9090
            - 11.18.131.201:9090

            11.18.28.106
            11.18.166.71    
            11.18.85.93
            11.18.28.107
            11.17.198.232
            11.18.134.35
            11.17.230.97
            11.17.98.43
            11.18.85.92
            11.18.134.34

  • L2

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    # my global config
global:
  scrape_interval: 30s
  evaluation_interval: 30s
# Alertmanager configuration
#alerting:
#  alertmanagers:
#  - static_configs:
#    - targets:
#      - ALERTMANAGER_ADDR:9093

rule_files:
  - "/export/App/prometheus/conf/*_rules.yml"

# Here it's Prometheus itself.
scrape_configs:
  - job_name: 'consul'
    relabel_configs:
        - source_labels:  ["__meta_consul_service"]
          action: replace
          regex: "(.*)"
          replacement: '${1}'
          target_label: "service"
        - source_labels: ["__meta_consul_tags"]
          action: replace
          regex: ',(?:[^,]+,){0}([^=]+)=([^,]+),.*'
          replacement: '${2}'
          target_label: '${1}'
        - source_labels: ["__meta_consul_tags"]
          action: replace
          regex: ',(?:[^,]+,){1}([^=]+)=([^,]+),.*'
          replacement: '${2}'
          target_label: '${1}'
        - source_labels: ["__meta_consul_tags"]
          action: replace
          regex: ',(?:[^,]+,){2}([^=]+)=([^,]+),.*'
          replacement: '${2}'
          target_label: '${1}'
        - source_labels: [__address__]
          modulus: 20
          target_label:  __tmp_hash
          action:        hashmod
        - source_labels: [__tmp_hash]
          regex:  ^1$  
          action:  keep
    metrics_path: /metrics
    scheme: http
    consul_sd_configs:
        - server: 11.25.146.232:8500
          services:
              - hbase
              - cbase

go_metrics

  • go_memstats_alloc_bytes: Number of bytes allocated and still in use
  • go_memstats_alloc_bytes_total: Total number of bytes allocated, even if freed.
  • go_memstats_buck_hash_sys_bytes: Number of bytes used by the profiling bucket hash table.
  • go_memstats_frees_total: Total number of frees.
  • go_memstats_gc_cpu_fraction: The fraction of this program's available CPU time used by the GC since the program started.
  • go_memstats_gc_sys_bytes: Number of bytes used for garbage collection system metadata.
  • go_memstats_heap_alloc_bytes: Number of heap bytes allocated and still in use.
  • go_memstats_heap_idle_bytes: Number of heap bytes waiting to be used.
  • go_memstats_heap_inuse_bytes: Number of heap bytes that are in use.
  • go_memstats_heap_objects: Number of allocated objects.
  • go_memstats_heap_released_bytes: Number of heap bytes released to OS.
  • go_memstats_heap_sys_bytes: Number of heap bytes obtained from system.
  • go_memstats_last_gc_time_seconds: Number of seconds since 1970 of last garbage collection.
  • go_memstats_lookups_total: Total number of pointer lookups.
  • go_memstats_mallocs_total: Total number of mallocs.
  • go_memstats_mcache_inuse_bytes: Number of bytes in use by mcache structures.
  • go_memstats_mcache_sys_bytes: Number of bytes used for mcache structures obtained from system.
  • go_memstats_mspan_inuse_bytes: Number of bytes in use by mspan structures.
  • go_memstats_next_gc_bytes: Number of heap bytes when next garbage collection will take place.
  • go_memstats_other_sys_bytes: Number of bytes used for other system allocations.
  • go_memstats_stack_inuse_bytes: Number of bytes in use by the stack allocator.
  • go_memstats_stack_sys_bytes: Number of bytes obtained from system for stack allocator.
  • go_memstats_sys_bytes: Number of bytes obtained from system.

参考

  1. https://yunlzheng.gitbook.io/prometheus-book/parti-prometheus-ji-chu/quickstart/why-monitor
  2. Prometheus 不完全避坑指南 - DockOne.io
  3. Prometheus Metrics 设计的最佳实践和应用实例 - DockOne.io
updatedupdated2024-08-252024-08-25

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