认识
一、认识
Prometheus 是一个开源的监控与告警系统，专为现代分布式系统和微服务架构设计。它最初由 SoundCloud 开发，并且现在已经成为 CNCF（云原生计算基金会）的一部分。Prometheus 的核心功能包括：
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数据采集：周期性从目标系统收集时序数据（如
CPU使用率、内存占用、请求次数等）。 -
数据存储：使用时序数据库（
TSDB）存储这些数据。 -
数据查询：提供强大的查询语言（
PromQL）来查询和分析存储的数据。 -
可视化：集成了与
Grafana等工具兼容的可视化功能，能够生成仪表盘。 -
告警管理：内置了告警规则，可以触发报警并与外部系统（如
Alertmanager）进行集成。
Prometheus 作为一个现代化的监控系统，能够通过拉取模型实时收集数据、使用高效的时序数据库存储数据，并且提供强大的查询与告警能力。其数据库的特点包括高效的压缩、列式存储和面向时序数据的优化，使其在处理大规模、长时间存储的监控数据时表现出色。
二、工作
Prometheus 的工作流程可以分为以下几个主要步骤：
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数据采集（数据抓取）
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数据存储
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数据查询与分析
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可视化与告警
2.1 数据采集
Prometheus 是一个 拉模式（Pull-based） 监控系统, 使用 拉取（Pull） 模型来收集监控数据。它会周期性地主动从目标应用中拉取数据，而不是像传统的推模式监控系统（Push-based）那样由目标主动将数据推送到监控系统。每个被监控的系统或服务暴露一个 HTTP 服务，提供一个特定的端点（通常是 /metrics``），Prometheus 就会通过 HTTP 请求获取该端点的数据。
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这些端点返回的数据通常是以
Prometheus格式（类似于key-value的文本格式）暴露的指标。 -
采集间隔通常为每隔
15秒到1分钟。 -
Prometheus不依赖外部代理或者推送机制（虽然也可以通过Pushgateway等工具间接支持推送）。 -
通过周期性抓取，
Prometheus可以保持较高的数据完整性，避免由于目标系统自身的故障而导致的监控数据丢失。
Prometheus 支持多种数据抓取方式:
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静态配置：可以通过配置文件列出目标地址。
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服务发现：支持与各种服务发现机制（如
Kubernetes、Consul、EC2）集成，动态获取目标。
2.2 数据存储
Prometheus 使用的是一种 时序数据库（TSDB）。时序数据库非常适合于存储随时间变化的数据，在存储结构上与传统的关系型数据库有所不同。每次抓取到的指标都会被存储到 TSDB 中，指标数据按时间戳顺序排列。它的核心数据结构包括:
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时间序列：每个指标（如
cpu_usage）会有一个或多个时间序列，记录该指标在不同时间点的值。 -
标签（
Labels）：每个时间序列可以通过多个标签来区分不同的实例，例如服务名称、地域、主机名等。 -
时间戳（
Timestamp）：每个数据点都有一个时间戳，表示该值被采集的时刻。
Prometheus 数据库的存储特点：
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高效存储与压缩：
Prometheus使用了Tombstone和Delta Encoding等技术来减少存储占用。对于相同值的时间序列数据，Prometheus会采用压缩存储。 -
自适应存储管理：
Prometheus使用块（Block）来组织存储。每个块包含了特定时间范围内的所有数据，这些数据会根据设置的保留策略被清理或者压缩。 -
查询优化：由于时序数据的特殊性，
Prometheus的查询引擎针对时序数据进行了优化，支持高效的时间窗口操作、聚合函数以及多维度的查询。 -
高可扩展性：尽管
Prometheus是一个单节点系统，但可以通过 联邦（Federation） 模式将多个Prometheus实例的数据聚合在一起，实现横向扩展。 -
不可变数据：一旦数据被写入数据库，它是不可变的，这确保了数据的一致性和可靠性，避免了数据被修改或篡改的风险。
2.3 数据查询
Prometheus 提供了强大的查询语言 PromQL（Prometheus Query Language），用于从数据库中检索、聚合和处理时序数据。PromQL 允许用户执行复杂的查询，包括但不限于：
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单一指标的查询
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多个指标的聚合操作（如求和、平均、最大值等）
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时间范围和时间函数的计算（如时间窗口、速率、延迟等）
例如，使用 PromQL 可以查询 CPU 使用率的变化趋势，计算每秒请求的数量，甚至进行跨服务的指标关联分析。
2.4 可视化与告警
可视化：Prometheus 自带一些基础的 Web UI 来显示查询结果，但通常会与 Grafana 集成，后者提供了更加丰富和可定制的仪表盘来展示 Prometheus 的监控数据。
告警：Prometheus 允许定义 告警规则，并通过集成的告警管理系统（如 Alertmanager``）来处理触发的告警。Alertmanager 会根据配置将告警通知通过电子邮件、Slack、PagerDuty 等方式发出。