Prometheus新手常犯的6項(xiàng)錯誤你知道嗎？

錯誤 1：高基數(shù)炸彈

這是 Prometheus 使用者經(jīng)常會犯的一個錯，因?yàn)?Prometheus 時序是基于多標(biāo)簽的，它非常靈活，有時你想新增一個標(biāo)簽，從而將一個粗粒度的指標(biāo)進(jìn)行拆分，但切記添加的標(biāo)簽的值應(yīng)該做到盡量收斂，不然會導(dǎo)致同一指標(biāo)名的標(biāo)簽數(shù)量巨大而導(dǎo)致 Prometheus 嚴(yán)重的性能問題（OOM）。

舉個例子，您有一個只包含 method 標(biāo)簽的時間序列 http_requests_total：

http_requests_total{method="POST"}
http_requests_total{method="GET"}
http_requests_total{method="PUT"}
http_requests_total{method="DELETE"}

這個時間序列定義沒問題，因?yàn)?HTTP 的 method 類型是有限的，但有一天，您可能想根據(jù)用戶 id 進(jìn)行區(qū)分，類似這樣：

http_requests_total{method="POST",user_id="1"}
http_requests_total{method="POST",user_id="2"}
http_requests_total{method="POST",user_id="3"}
[…更多…]
http_requests_total{method="POST",user_id="16434313"}




http_requests_total{method="GET",user_id="1"}
http_requests_total{method="GET",user_id="2"}
http_requests_total{method="GET",user_id="3"}
[…更多…]
http_requests_total{method="GET",user_id="16434313"}
[…更多…]

假設(shè)您有非常多的不同用戶，所以此時就存在嚴(yán)重的高基數(shù)問題，這將導(dǎo)致 Prometheus 內(nèi)存使用激增，直至 OOM。

所以請您牢記：指標(biāo)上標(biāo)簽的每一種唯一組合都會自動創(chuàng)建一個對應(yīng)時間序列，Prometheus 都會對其進(jìn)行攝取、索引、存儲和處理。

雖然針對單個標(biāo)簽的不同值的數(shù)量沒有明確的限制，但因?yàn)椴煌刀际且粋€新的時間序列，您需要確保其數(shù)量保持在您 Prometheus 服務(wù)器容量之下（一個大型 Prometheus 單節(jié)點(diǎn)能夠處理數(shù)幾百萬個時間序列），所以你在設(shè)計時間序列的標(biāo)簽的時候，需要確保它們的所有組合總數(shù)在您 Prometheus 服務(wù)器可以承受的范圍內(nèi)。

對此，有一些標(biāo)簽值我們要特別注意避免，例如：

公網(wǎng) IP 或者郵件地址。

HTTP 請求 Path 全路徑，尤其這些路徑帶有動態(tài) ID 等信息。

進(jìn)程ID（除非是有限集合）。

有時您想在不完全刪除標(biāo)簽的情況下解決標(biāo)簽高基數(shù)的問題，那么我們就要想辦法減少其值的基數(shù)。例如，對于 /api/users/739567637385/posts/28388445 的 HTTP 請求, 我們將動態(tài)信息部分使用 user_id 和 post_id 占位符統(tǒng)一替換，所以整個 path 可以替換為 /api/users/{user_id}/posts/{post_id} ，從而有效減少 path 標(biāo)簽的值數(shù)量。

錯誤 2：告警表達(dá)式中因聚合導(dǎo)致價值標(biāo)簽丟失

在做告警的時候，我們往往會通過聚合計算去除不關(guān)心的一些標(biāo)簽。例如，如果您想確定某個服務(wù)的總體錯誤率（跨所有標(biāo)簽維度）是否過高，您可以編寫如下規(guī)則：

sum(rate(errors_total{job="my-job"}[5m])) > 10

這看上去沒問題，但默認(rèn)情況下，sum() 聚合器會去掉時序的所有標(biāo)簽。它不僅會刪除您想要聚合的維度（如實(shí)例、錯誤類型等），還會刪除一些比較通用的標(biāo)簽，這些標(biāo)簽對于 alertmanager 中進(jìn)行告警的路由或靜默是有幫助的。特別是 job 標(biāo)簽，因?yàn)椴煌?job 通常由不同的運(yùn)維團(tuán)隊負(fù)責(zé)。因此我們應(yīng)該盡可能在聚合中保留此標(biāo)簽：sum by(job) (rate(errors_total{job=”my-job”}[5m])) > 10

一個更好的選擇是通過使用 without() 聚合修飾符替換 by() 聚合修飾符，從而顯示排除不想要的標(biāo)簽，而盡可能保留下一些你不確定需要刪除的標(biāo)簽：

sum without(instance, type) (rate(errors_total{job="my-job"}[5m])) > 10

這樣，聚合時您沒有明確指定刪除的標(biāo)簽在 Alertmanager 中仍然可以使用，這對于告警的聚合和路由非常有用，也能幫助您更好了解警報的來源。

錯誤 3：使用不帶任何限定范圍的（裸）選擇器

在編寫 PromQL 查詢（尤其是告警）的時候，我們需要格外小心，應(yīng)該從關(guān)心的業(yè)務(wù)或服務(wù)的數(shù)據(jù)中進(jìn)行查詢，而不是全局范圍。因?yàn)椴煌臉I(yè)務(wù)可能使用了相同的指標(biāo)名稱，它們甚至表達(dá)了不同的含義，隨著時間的推移，相同指標(biāo)名稱的服務(wù)會越來越多，這可能會完全影響您的告警規(guī)則或者儀表盤數(shù)據(jù)。

為避免不小心從不相關(guān)的任務(wù)或者服務(wù)中查詢數(shù)據(jù)，我們一般使用 job 標(biāo)簽來限定選擇器的范圍，確保其查詢的數(shù)據(jù)都是您關(guān)心的業(yè)務(wù)或服務(wù)。

例如，以下查詢就是一個不安全的“裸”選擇器，它可能會從您不期望的其他 job 中選擇具有相同指標(biāo)名的數(shù)據(jù)：

rate(errors_total[5m]) > 10

我們可以使用 {job=”my-job”} 的選擇器從而將指標(biāo)限定在 my-job 服務(wù)范圍：

rate(errors_total{job="my-job"}[5m]) > 10

這顯然是一個更安全的方式，它可以有效避免從無關(guān)服務(wù)中查詢數(shù)據(jù)，對您告警產(chǎn)生干擾，也能大大提升查詢性能。

錯誤 4：告警規(guī)則沒有使用 for 字段

for 字段主要用于告警規(guī)則評估，它允許您能夠指定任意告警需要在連續(xù)的規(guī)則評估周期中出現(xiàn)多長時間才從 pending 狀態(tài)變?yōu)?firing。大多數(shù)告警規(guī)則可能我們可以忽略該字段，只需要兩個評估周期即可觸發(fā)告警，但有時，我們?yōu)榱伺懦秳拥母蓴_，比如一些 CPU 使用率，或者某個節(jié)點(diǎn)因?yàn)橐粌纱巫ト‘惓＞团卸?down 了。

考慮一個警報規(guī)則，它使用 up 指標(biāo)來查找無法成功抓取的目標(biāo)，并省略了可選的 for 修飾符：

alert: InstanceDownexpr: up == 0

一次失敗的抓?。ê苋菀装l(fā)生）將導(dǎo)致觸發(fā)此規(guī)則。通常你希望讓你的警報規(guī)則不那么容易觸發(fā)，并至少等待幾分鐘，看看問題是否真的存在，然后再觸發(fā)通知：

alert: InstanceDownexpr: up == 0for: 5m # 一個實(shí)例只有真的掛掉或者無法訪問長達(dá) 5 分鐘才創(chuàng)建告警信息。

不帶 for 針對一些內(nèi)置的帶有平均數(shù)計算的查詢表達(dá)式也同樣有問題，例如表示高錯誤率的告警：

alert: HighErrorRateexpr: rate(my_errors_total{job="my-job"}[5m]) > 10

這個規(guī)則將在第一次查詢到最近 5m 中該錯誤數(shù)的平均值 > 10 就立即創(chuàng)建告警，雖然 5m 的平均周期能夠帶來一定的穩(wěn)健性，但是由于 Promtheus rate() 特性，我們考慮一下，一個完全新的服務(wù)或者一段時間未收集到數(shù)據(jù)會發(fā)生什么：

5 分鐘的 rate() 窗口只會考慮一些最近的樣本，實(shí)際上并不會對五分鐘的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均。

時間序列甚至根本還沒五分鐘數(shù)據(jù)，該規(guī)則也可能會立即創(chuàng)建告警。

因此我們可以使用 for 修飾符來解決此問題：

alert: HighErrorRateexpr: rate(my_errors_total{job="my-job"}[5m]) > 10for: 5m

幾乎大多數(shù)的告警規(guī)則都可以添加此參數(shù)，從而使使警報規(guī)則更加穩(wěn)健。但請記住，這也會導(dǎo)致警報的反應(yīng)時間變慢，因此找到這個平衡很重要。

錯誤 5：rate() 函數(shù)窗口時間太短

在太短的時間窗口內(nèi)計算速率時，您是否曾對間隙或完全空的圖表感到沮喪，例如 rate(my_counter[1m])？rate() 和其他 PromQL 函數(shù)（如 increase()、irate()、deriv()）告訴您時間序列在給定時間窗口內(nèi)上升或下降的速度，在輸入時間窗口下至少需要兩個樣本，從而能夠告訴你這兩個樣本之間的序列是如何發(fā)展的。如果將時間窗口設(shè)置得太小，則在該窗口下可能只有一個或零個樣本，在這種情況下，輸出結(jié)果為空。

例如，如果您采用 20s 的時間窗口對一個 15s 抓取間隔的指標(biāo)進(jìn)行 rate()，那么在這 20 秒時間窗口內(nèi)很可能不會涵蓋兩個樣本，因此您會得到一個與實(shí)際結(jié)果差異很大的比率：

采取極端的做法：如果將 rate 窗口縮小到 16s，當(dāng)兩個相距 15s 的點(diǎn)恰好落在任意對齊的 16s 窗口中時，您只會偶爾得到一個輸出點(diǎn)：

因此，您需要選擇一個足夠大的時間窗口——不僅僅是抓取間隔的 2 倍，因?yàn)槟€需要面對偶爾抓取失敗和不幸的窗口對齊。所以通常我們選擇 rate 窗口大小至少為抓取間隔的 4 倍：

提示：使用 Grafana 時，可以使用 $__rate_interval 模板變量自動為您選擇一個安全間隔。

錯誤 6：rate() 相關(guān)函數(shù)用錯了指標(biāo)類型

查詢函數(shù)與指標(biāo)類型用錯的典型例子有：

rate() 函數(shù)用在 gauge 類型指標(biāo)

rate()、irate() 和 increase() 函數(shù)被設(shè)計成為僅適用于 counter 類型指標(biāo)。counter 類型是追蹤累計計數(shù)的指標(biāo)，這些計數(shù)只會上升（永遠(yuǎn)不會下降），除了在追蹤過程中偶爾因?yàn)橹貑⒍刂脼?0。為了在 rate 計算中盡可能消除計數(shù)器重置的影響，這些函數(shù)嘗試將提供的時間窗口內(nèi)樣本的值的任何減小都解釋為重置并對其進(jìn)行補(bǔ)償。這種計數(shù)器的重置檢測和補(bǔ)償意味著您只能從這些函數(shù)中獲得正數(shù)的結(jié)果（或 0）。

如果你不小心傳入了一個可以自然上升和下降的指標(biāo)（比如內(nèi)存使用量），PromQL 將無法判斷這個錯誤，而只會返回一個不正確的輸出值。這是因?yàn)槊看文膬x表指標(biāo)下降時，rate() 都會將其理解為計數(shù)器重置并且會錯誤地“糾正”它。

deriv() 函數(shù)用在 counter 類型指標(biāo)

您可以認(rèn)為 deriv() 函數(shù)大致等同于 rate()，但它作用于 gauge 類型。deriv() 告訴您在輸入時間窗口內(nèi) gauge 類型指標(biāo)每秒上升或下降的速度。雖然并不常見，但這里與 rate() 相同的陷阱可能會給你帶來另外的困擾：因?yàn)?deriv() 函數(shù)沒有實(shí)現(xiàn)任何圍繞 counter 類型重置的邏輯（gauge 沒有這些），試圖使用 deriv() 計算一個在提供的窗口下有重置的 counter 的類型指標(biāo)，就會得到一個不正確的結(jié)果，有時甚至是一個負(fù)數(shù)。

如何避免傳入錯誤類型的指標(biāo)？

由于 PromQL 無法自動檢測這種不正確的用法，所以您在使用這些函數(shù)時必須格外小心。我們除了經(jīng)驗(yàn)和已有知識外，還可以依賴一些開源項(xiàng)目，例如 PromLens 查詢構(gòu)建器這樣的工具來輔助您檢測是否傳了錯誤的指標(biāo)類型：

結(jié)論

以上 6 點(diǎn)就是一些剛開始使用 Prometheus 的朋友經(jīng)常會犯的錯誤，希望這些技巧對您使用 Prometheus 的有所幫助！

鏈接：https://blog.51cto.com/u_15576159/8963563

本文翻譯自文章 https://promlabs.com/blog/2022/12/11/avoid-these-6-mistakes-when-getting-started-with-prometheus，感覺作者總結(jié)比較深刻，都是 Prometheus 新人們經(jīng)常犯的錯誤，故簡要翻譯一下，方便和大家一起審查與自省。







審核編輯：劉清