理解时间序列

在1.2节当中,通过Node Exporter暴露的HTTP服务,Prometheus可以采集到当前主机所有监控指标的样本数据。例如:

# HELP node_cpu Seconds the cpus spent in each mode.
# TYPE node_cpu counter
node_cpu{cpu="cpu0",mode="idle"} 362812.7890625
# HELP node_load1 1m load average.
# TYPE node_load1 gauge
node_load1 3.0703125

其中非#开头的每一行表示当前Node Exporter采集到的一个监控样本:node_cpu和node_load1表明了当前指标的名称、大括号中的标签则反映了当前样本的一些特征和维度、浮点数则是该监控样本的具体值。

样本

Prometheus会将所有采集到的样本数据以时间序列(time-series)的方式保存在内存数据库中,并且定时保存到硬盘上。time-series是按照时间戳和值的序列顺序存放的,我们称之为向量(vector). 每条time-series通过指标名称(metrics name)和一组标签集(labelset)命名。如下所示,可以将time-series理解为一个以时间为Y轴的数字矩阵:

^
│ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . node_cpu{cpu="cpu0",mode="idle"}
│ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . node_cpu{cpu="cpu0",mode="system"}
│ . . . . . . . . . . . . . . . . . . node_load1{}
│ . . . . . . . . . . . . . . . . . .
v
<------------------ 时间 ---------------->

在time-series中的每一个点称为一个样本(sample),样本由以下三部分组成:

  • 指标(metric):metric name和描述当前样本特征的labelsets;

  • 时间戳(timestamp):一个精确到毫秒的时间戳;

  • 样本值(value): 一个float64的浮点型数据表示当前样本的值。

<--------------- metric ---------------------><-timestamp -><-value->
http_request_total{status="200", method="GET"}@1434417560938 => 94355
http_request_total{status="200", method="GET"}@1434417561287 => 94334
http_request_total{status="404", method="GET"}@1434417560938 => 38473
http_request_total{status="404", method="GET"}@1434417561287 => 38544
http_request_total{status="200", method="POST"}@1434417560938 => 4748
http_request_total{status="200", method="POST"}@1434417561287 => 4785

指标(Metric)

在形式上,所有的指标(Metric)都通过如下格式标示:

<metric name>{<label name>=<label value>, ...}

指标的名称(metric name)可以反映被监控样本的含义(比如,http_request_total - 表示当前系统接收到的HTTP请求总量)。指标名称只能由ASCII字符、数字、下划线以及冒号组成并必须符合正则表达式[a-zA-Z_:][a-zA-Z0-9_:]*

标签(label)反映了当前样本的特征维度,通过这些维度Prometheus可以对样本数据进行过滤,聚合等。标签的名称只能由ASCII字符、数字以及下划线组成并满足正则表达式[a-zA-Z_][a-zA-Z0-9_]*

其中以__作为前缀的标签,是系统保留的关键字,只能在系统内部使用。标签的值则可以包含任何Unicode编码的字符。在Prometheus的底层实现中指标名称实际上是以__name__=<metric name>的形式保存在数据库中的,因此以下两种方式均表示的同一条time-series:

api_http_requests_total{method="POST", handler="/messages"}

等同于:

{__name__="api_http_requests_total",method="POST", handler="/messages"}

在Prometheus源码中也可以指标(Metric)对应的数据结构,如下所示:

type Metric LabelSet
type LabelSet map[LabelName]LabelValue
type LabelName string
type LabelValue string