From Wikipedia：在希臘神話中，是泰坦神族的神明之一，名字的意思是“先見之明”。普羅米修斯與智慧女神雅典娜共同創(chuàng)造了人類，普羅米修斯負責用泥土雕塑出人的形狀，雅典娜則為泥人灌注靈魂，并教會了人類很多知識。 Prometheus 是什么？ --------------- Prometheus 是一個由 SoundCloud 公司開發(fā)并開源的監(jiān)控和告警工具。主要功能包括監(jiān)控指標的收集，存儲，查詢以及以此為基" />

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一些由 Prometheus 引出的閑言碎語

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摘要：普羅米修斯是誰在希臘神話中，是泰坦神族的神明之一，名字的意思是先見之明。普羅米修斯與智慧女神雅典娜共同創(chuàng)造了人類，普羅米修斯負責用泥土雕塑出人的形狀，雅典娜則為泥人灌注靈魂，并教會了人類很多知識。

普羅米修斯是誰？

From Wikipedia：在希臘神話中，是泰坦神族的神明之一，名字的意思是“先見之明”。普羅米修斯與智慧女神雅典娜共同創(chuàng)造了人類，普羅米修斯負責用泥土雕塑出人的形狀，雅典娜則為泥人灌注靈魂，并教會了人類很多知識。

Prometheus 是什么？

Prometheus 是一個由 SoundCloud 公司開發(fā)并開源的監(jiān)控和告警工具。主要功能包括監(jiān)控指標的收集，存儲，查詢以及以此為基礎(chǔ)的告警管理，其內(nèi)部包含一個用來存儲指標的單機時序數(shù)據(jù)庫。它的開發(fā)受到了Google內(nèi)部監(jiān)控系統(tǒng) Borgmon 的啟發(fā)。

Borgman 的特點是不使用特定的腳本來判斷系統(tǒng)是否正常工作，而是依靠一種標準數(shù)據(jù)分析模型進行報警。這使得批量、大規(guī)模、低成本的數(shù)據(jù)收集變得可能，而不需要執(zhí)行復(fù)雜的子進程以及建立特殊的網(wǎng)絡(luò)鏈接。

利用 Prometheus 和自動服務(wù)發(fā)現(xiàn)， 我們可以采用 pull mode 而不是 push mode 來收集服務(wù)的指標，pull mode 對于服務(wù)端的實現(xiàn)成本更低。

閑言：一個系統(tǒng)是采用 pull mode 還是 push mode 是很值得思考的問題。pull mode 的實現(xiàn)可能更簡單，數(shù)據(jù)的提供方只需要被動的等待數(shù)據(jù)的需求方來拉取數(shù)據(jù)就可以了，減少了很多 sync 的工作，但是因為會在 pipeline 產(chǎn)生 bubble，性能可能會不好。而 push mode 會使 pipeline 開足馬力運行，會帶來更好的性能，但同時會增加系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度，比如 sync，retry 等工作。

為什么要監(jiān)控

Google SRE 這本書中介紹主要有四個原因：

  1. 分析長期趨勢
  2. 跨時間范圍的比較
  3. 構(gòu)建監(jiān)控頁面
  4. 臨時性的回溯分析（在線調(diào)試）

四個黃金指標

同樣來自 Google SRE 一書：

  1. 延遲

? 服務(wù)處理某個請求所需要的時間。需要區(qū)分成功請求和失敗請求很重要。2

2.流量

? 使用系統(tǒng)中的某個高層次的指標針對系統(tǒng)負載進行的度量。

3.錯誤

? 請求失敗的頻率，可以是顯示失?。ɡ鏗TTP 500），隱式失?。ɡ鏗TTP 200 但是包含了錯誤內(nèi)容）或者是某種策略原因?qū)е碌氖。ɡ珥憫?yīng)超時）

4.飽和度

? 衡量服務(wù)容量有多“滿”，通常是系統(tǒng)中最為受限的某種資源的某個具體指標的度量（比如內(nèi)存，IO）。

碎語：一本好書

Prometheus 的數(shù)據(jù)模型

Prometheus 將收集的監(jiān)控指標數(shù)據(jù)作為時序數(shù)據(jù)進行存儲，一條時序數(shù)據(jù)流（stream）由指標名稱（metric name）和標簽（label）以及被打賞時間戳的數(shù)據(jù)組成：

{

例如用來記錄一個 API 網(wǎng)關(guān)中注冊的一臺服務(wù)器的健康狀態(tài)（1 代表健康）：

api_gray_gateway_upstream_health{usptream="product-test",id="0",name="192.168.152.194:8000",backup="false"} 1
api_gray_gateway_upstream_health{usptream="product-test",id="1",name="192.168.152.195:8000",backup="false"} 0

通過這種簡單的數(shù)據(jù)模型我們可以組合出四種典型的指標類型。

  1. Counter：一種累加的指標，這種指標只能增加或者在重啟時重置為0?？梢杂脕碛涗浾埱髷?shù)。結(jié)合rate函數(shù)可以計算出請求速率
  2. Gauge：一種可增可減的指標，通常用來記錄系統(tǒng)的某種狀態(tài)，比如記錄CPU使用率
  3. Histogram：柱狀圖，某一指標的區(qū)間分布情況：這是一個復(fù)合的指標，由total sum，count 以及不同的 bucket 組成，例如：

  1. Summary：分位數(shù)，某一指標的 50%分位數(shù)（中位數(shù)），90%分位數(shù)和99%分位數(shù)等，分位數(shù)還可以使用 histogram_quantile 函數(shù)由 histogram 近似計算得到，區(qū)別是會有一定的誤差，但是 histogram 計算在服務(wù)端的開銷更?。ǚ?wù)端只需要統(tǒng)計次數(shù)，而不需要計算分位數(shù)），例如：

一些實際應(yīng)用

利用 Prometheus 展示 HTTP 網(wǎng)關(guān)托管的后端服務(wù)器健康狀態(tài)

我們的 HTTP 網(wǎng)關(guān)是使用 OpenResty 實現(xiàn)的，具有良好的擴展性。實現(xiàn)這一特性，只需要在 /metrics 接口中增加查詢后端服務(wù)器狀態(tài)的邏輯（使用 lua-upstream-nginx-module 模塊的 API），并使用Gauge 類型的指標記錄健康狀態(tài)，然后將結(jié)果返回給Prometheus，如：

最后在 Grafana 中（Prometheus作為數(shù)據(jù)源）建立圖表，還可以通過設(shè)置一些變量方便業(yè)務(wù)方查詢不同的 Upstream 中 Server 的健康狀態(tài)，當然這里的圖表還可以更美觀一些（我用的 Grafana 版本有點老）并且集成到其他 WEB 頁面中，下圖中狀態(tài) 1 表示 Server 健康，0 表示不健康。

在這個應(yīng)用中，我利用了 Prometheus 簡單的編程模型和查詢能力，以及 Grafana 的圖表生成能力，快速構(gòu)建了監(jiān)控系統(tǒng)。

TiDB Peer 遷移限速模塊中的指標設(shè)計的改進

背景：TiDB 是一個由 Pingcap 公司主導的開源分布式 NewSQL 數(shù)據(jù)庫，TiDB 使用 TiKV 作為存儲。TiKV 一個由 Pingcap 公司主導的開源分布式 Key-value 數(shù)據(jù)庫。Raft是 一個工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)常用的分布式一致性算法，而 TiKV 使用的正是 Raft 算法，更具體的是一種 Multi Raft Group。下圖的示例中，每個 Store 是一個實際的存儲節(jié)點（一個進程），因為性能的原因數(shù)據(jù)會分成多個 Region 存儲（不同 Region 存儲不同 Key 范圍的數(shù)據(jù)），為了實現(xiàn)高可用同一個 Region 的數(shù)據(jù)在不同的 Store 中會有多個副本（Peer），同一個 Region 的不同 Peer 構(gòu)成一個 Raft 共識：

當我們需要對系統(tǒng)進行擴容時，可以添加一個 Store，并由 PD （Placement Driver for TiKV）完成 Region 的 Peer 在 Store 中分布的調(diào)整。這些調(diào)整是在線調(diào)整的，如果 Peer 的遷移速度過快會影響系統(tǒng)的性能，因而需要對速度進行限制，PD 中采用了令牌桶算法實現(xiàn)了限速的特性。

為了監(jiān)控限速模塊的工作狀態(tài)，需要設(shè)計一些監(jiān)控指標。我在 https://github.com/pingcap/pd/pull/2404 這個 PR 中完成了對限速模塊監(jiān)控指標的改進。

改進后的指標有：

  1. storeLimitAvailableGauge：記錄當前限速器中的可用令牌數(shù)
  2. storeLimitRateGauge：記錄當前設(shè)置的速率
  3. storeLimitCostCounter：記錄累計的 Peer 遷移的開銷

指標收集的時機：

  1. storeLimitAvailableGauge 和 storeLimitRateGauge：使用協(xié)程周期性地更新
  2. storeLimitCostCounter：在系統(tǒng)發(fā)生Region遷移時更新

這里我們需要關(guān)注的是需要根據(jù)指標的含義選擇指標類型，需要合理利用不同指標類型，收集與之相適應(yīng)的監(jiān)控數(shù)據(jù)。

思考：在工作之余參與其他開源項目（比如 TiDB，Kubernetes）可以開拓視野，收獲行業(yè)內(nèi)的一些先進經(jīng)驗，避免思維的僵化。

總結(jié)

本文介紹了 Prometheus 的特定，數(shù)據(jù)模型，指標類型以及監(jiān)控指標設(shè)計方面的準則，以及一些閑言碎語。最后介紹了兩個實際工作和業(yè)余參與的開源項目中的實際應(yīng)用。

本文作者：

王任錚 UCloud 后臺研發(fā)工程師

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