【編者的話】本文會讓你了解Prometheus是什么，并讓你理解它在監控領域的適用場景。

Prometheus起源

很久以前，加利福尼亞州山景城有一家名為Google的公司。他們推出了大量產品，其中最著名的是廣告系統和搜索引擎平臺。為了運行這些不同的產品，他們建立了一個名為Borg的平臺。Borg系統是“一個集群管理器，可以運行來自成千上萬個不同的應用程序的成千上萬個作業，它跨越多個集群，每個集群都有數萬臺服務器。“開源容器管理平臺Kubernetes很多部分都是對Borg平臺的傳承。在Borg部署到Google后不久，他們意識到這種復雜性需要一個同等水平的監控系統。Google建立了這個系統并命名為Borgmon。Borgmon是一個實時的時間序列監控系統，它使用這些時間序列數據來識別問題并發出警報。如果你想和更多Prometheus技術專家交流，可以加我微信liyingjiese，備注『加群』。群里每周都有全球各大公司的最佳實踐以及行業最新動態 。

Prometheus的靈感來自谷歌的Borgmon。它最初由前谷歌SRE Matt T. Proud開發，并轉為一個研究項目。在Proud加入SoundCloud之后，他與另一位工程師Julius Volz合作開發了Prometheus。后來其他開發人員陸續加入了這個項目，并在SoundCloud內部繼續開發，最終于2015年1月公開發布。

與Borgmon一樣，Prometheus主要用于提供近實時的，針對動態云環境下的和基于容器的微服務、服務和應用程序的檢測監控。SoundCloud是這些架構模式的早期采用者，Prometheus的建立是為了滿足這些需求。如今，Prometheus被更多的公司廣泛使用，通常也是滿足類似的監控需求，但也用來監控傳統架構的資源。

Prometheus專注于現在正在發生的事情，而不是追蹤數周或數月前的數據。它基于這樣一個前提，即大多數監控查詢和警報都是從最近的，通常是一天內的數據生成的。Facebook在其內部時間序列數據庫Gorilla的論文中驗證了這一觀點。Facebook發現85％的查詢是針對26小時內的數據。Prometheus假定你嘗試修復的問題可能是最近出現的，因此最有價值的是最近時間的數據，這反映在強大的查詢語言和通常有限的監控數據保留期上。

Prometheus是用開源編程語言Go編寫的，并在Apache 2.0許可證下授權。它孵化于云原生云計算基金會(Cloud Native Computing Foundation)。

Prometheus架構

Prometheus通過抓取或拉取從應用程序中暴露的時間序列數據來工作。時間序列數據通常由應用程序本身通過客戶端庫，或通過稱為導出器(exporter)的代理作為HTTP端點暴露。目前已經存在很多exporter和客戶端庫，支持多種編程語言、框架和開源應用程序，例如，Apache Web服務器和MySQL數據庫等。

Prometheus還有一個推送網關(push gateway)，可用于接收少量數據 - 例如，來自無法拉取的目標數據，比如臨時作業或者防火墻后面的目標。

Prometheus架構

圖文字翻譯：Alert manager：Alertmanager；My Service：服務；Exporters run here：Exporter在這運行

指標收集

Prometheus稱其可以抓取的指標來源為端點(endpoint)。端點通常對應于單個進程、主機、服務或應用程序。為了抓取端點數據，Prometheus定義了名為目標(target)的配置。這是執行抓取所需的信息 - 例如，如何進行連接，要應用哪些元數據，連接需要哪些身份驗證，或定義抓取將如何執行的其他信息。一組目標被稱為作業(job)。作業通常是具有相同角色的目標組 - 例如，負載均衡器后面的Apache服務器集群，它們實際上是一組相似的進程。

生成的時間序列數據將被收集并存儲在Prometheus服務器本地，也可以設置從服務器發送數據到外部存儲器或其他時間序列數據庫。

服務發現

可以通過多種方式處理要監控的資源的發現，包括：

• 用戶提供的靜態資源列表
• 基于文件的發現。例如，使用配置管理工具生成在Prometheus中可以自動更新的資源列表
• 自動發現。例如，查詢Consul等數據存儲，在Amazon或Google中運行實例，或使用DNS SRV記錄生成資源列表

聚合和警報

服務器還可以查詢和聚合時間序列數據，并創建規則來記錄常用的查詢和聚合。這允許你從現有的時間序列創建新的時間序列，例如計算變化率和比率或求和等聚合。這樣就不必重新創建常用的聚合，例如用于調試，并且預計算可能比每次需要時運行查詢性能更好。

Prometheus還可以定義警報規則。這些是為系統配置在滿足條件時觸發警報的標準，例如，資源時間序列開始顯示異常的CPU使用率。Prometheus服務器沒有內置警報工具，而是將警報從Prometheus服務器推送到名為警報管理器(Alertmanager)的單獨服務器。Alertmanager可以管理、整合和分發各種警報到不同目的地 - 例如，它可以在發出警報時發送電子郵件，并能夠防止重復發送。

查詢數據

Prometheus服務器還提供了一套內置查詢語言PromQL，一個表達式瀏覽器以及用于瀏覽服務器上數據的圖形界面。

Prometheus表達式瀏覽器

自治

每個Prometheus服務器都設計為盡可能自治，旨在支持擴展到數千臺主機的數百萬個時間序列的規模。數據存儲格式被設計盡可能降低磁盤的使用率，并在查詢和聚合期間快速檢索時間序列。

提示：為了速度和可靠性，建議Prometheus服務器充分使用內存(Prometheus在內存中做很多事)和SSD磁盤。關于SSD使用可以參考注釋鏈接視頻。

冗余和高可用性

冗余和高可用性側重彈性而不是數據持久性。Prometheus團隊建議將Prometheus服務器部署到特定環境和團隊，而不是僅部署一個單體Prometheus服務器。如果你確實要部署高可用HA模式，則可以使用兩個或多個配置相同的Prometheus服務器收集時間序列數據，并且所有生成的警報都由可消除重復警報的高可用Alertmanager集群處理。

Prometheus冗余架構

圖文字翻譯：Alert manager：Alertmanager；My Service：服務

提示：我們將在第7章中介紹如何實現此配置。

可視化

可視化通過內置表達式瀏覽器提供，并與開源儀表板Grafana集成。此外，Prometheus也支持其他儀表板。

Prometheus數據模型

正如之前所述，Prometheus收集時間序列數據。為了處理這些數據，它使用一個多維時間序列數據模型。這個時間序列數據模型結合了時間序列名稱和被稱為標簽(label)的鍵/值對，這些標簽提供了維度。每個時間序列由時間序列名稱和標簽的組合唯一標識。

指標名稱

時間序列名稱通常可以描述收集的時間序列數據的一般性質 - 例如，website_visits_total為網站訪問的總數。

名稱可以包含ASCII字符、數字、下劃線和冒號。

指標標簽

標簽為Prometheus數據模型提供了維度。它們為特定時間序列添加上下文。例如，total_website_visits時間序列可以使用能夠識別網站名稱、請求IP或其他特殊標識的標簽。Prometheus可以在一個時間序列、一組時間序列或者所有相關的時間序列上進行查詢。

標簽共有兩大類：監控標簽(instrumentation label)和目標標簽(target label)。監控標簽來自被監控的資源 - 例如，對于與HTTP相關的時間序列，標簽可能會顯示所使用的特定HTTP謂詞。這些標簽在被抓取之前被添加到時間序列中，例如由客戶端或exporter。目標標簽更多地與架構相關 - 它們可能會識別時間序列所在的數據中心。目標標簽在Prometheus抓取期間和之后添加。

時間序列由名稱和標簽標識(盡管從技術上講，名稱本身也是名為__name__的標簽)。如果你在時間序列中添加或更改標簽，Prometheus會將其視為新的時間序列。

提示：你可以理解label就是鍵/值形式的標簽，并且新的標簽會創建新的時間序列。

標簽名稱可以包含ASCII字符、數字和下劃線。

提示：帶有__前綴的標簽名稱保留給Prometheus內部使用。

采樣數據

時間序列的真實值是采樣(sample)的結果，它包括兩部分：

• 一個float64類型的數值
• 一個毫秒精度的時間戳

符號表示

結合這些元素，我們可以看到Prometheus如何將時間序列表示為符號(notation)。

代碼清單2.1時間序列符號：

{=, ...} 

例如，帶有標簽的total_website_visits時間序列可能如下所示。

代碼清單2.2時間序列示例：

total_website_visits{site="MegaApp