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PromQL 基本使用

PromQL (Prometheus Query Language) 是 Prometheus 自己开发的数据查询 DSL 语言,语言表现力非常丰富,内置函数很多,在日常数据可视化以及rule 告警中都会使用到它。

在页面 http://localhost:9090/graph 中,输入下面的查询语句,查看结果,例如:

http_requests_total{code="200"}

字符串和数字

字符串: 在查询语句中,字符串往往作为查询条件 labels 的值,和 Golang 字符串语法一致,可以使用 "", '', 或者 ``, 格式如:

"this is a string"
'these are unescaped: \n \\ \t'
`these are not unescaped: \n ' " \t`

正数,浮点数: 表达式中可以使用正数或浮点数,例如:

3
-2.4

查询结果类型

PromQL 查询结果主要有 5 种类型:

  • 瞬时数据 (Instant vector): 包含一组时序,每个时序只有一个点,例如:http_requests_total
  • 区间数据 (Range vector): 包含一组时序,每个时序有多个点,例如:http_requests_total[5m]
  • 纯量数据 (Scalar): 纯量只有一个数字,没有时序,例如:count(http_requests_total)
  • 字符串(String): 返回结果是一个字符串,例如 "hello"
  • 原生直方图(Native Histogram): 返回的是原生直方图的多个bucket 的数据,这个是新增的类型,相对以前将 Histogram 存储为多个指标,原生直方图将数据存储为一个指标。

查询条件

Prometheus 存储的是时序数据,而它的时序是由名字和一组标签构成的,其实名字也可以写出标签的形式,例如 http_requests_total 等价于 {name="http_requests_total"}。

一个简单的查询相当于是对各种标签的筛选,例如:

http_requests_total{code="200"} // 表示查询名字为 http_requests_total,code 为 "200" 的数据

查询条件支持正则匹配,例如:

http_requests_total{code!="200"}  // 表示查询 code 不为 "200" 的数据
http_requests_total{code=~"2.."} // 表示查询 code 为 "2xx" 的数据
http_requests_total{code!~"2.."} // 表示查询 code 不为 "2xx" 的数据

操作符

Prometheus 查询语句中,支持常见的各种表达式操作符,例如

算术运算符:

支持的算术运算符有 +,-,*,/,%,^, 例如 http_requests_total * 2 表示将 http_requests_total 所有数据 double 一倍。

比较运算符:

支持的比较运算符有 ==,!=,>,<,>=,<=, 例如 http_requests_total > 100 表示 http_requests_total 结果中大于 100 的数据。

逻辑运算符:

支持的逻辑运算符有 and,or,unless, 例如 http_requests_total == 5 or http_requests_total == 2 表示 http_requests_total 结果中等于 5 或者 2 的数据。

聚合运算符:

支持的聚合运算符有 sum,min,max,avg,stddev,stdvar,count,count_values,bottomk,topk,quantile,, 例如 max(http_requests_total) 表示 http_requests_total 结果中最大的数据。

注意,和四则运算类型,Prometheus 的运算符也有优先级,它们遵从(^)> (*, /, %) > (+, -) > (==, !=, <=, <, >=, >) > (and, unless) > (or) 的原则。

修改评估时间

  • offset 操作符

offset 表示指标评估时间往前倒推一定时间,比如 http_requests_total offset 5m 的瞬时查询,返回结果为 http_requests_total 5分钟前的数据。

offset 操作符应该作用于指标的选择,而不是函数/聚合等计算过程。

所以 sum(http_requests_total{method="GET"}) offset 5m 会报错,正确写法为 sum(http_requests_total{method="GET"} offset 5m)

  • @ 操作符

@ 操作符和 offset 作用类似,都可以修改指标评估的时间,但是 @ 是一个更精确的控制,直接指定返回某个时刻的查询结果,当然它和 offset 类似,也都是作用于指标查找,而不是函数和聚合计算。

比如 http_requests_total @ 1609746000 返回的就是 1609746000 的数据,时间戳为 unix 时间戳,float 类型,单位 s,通过小数点来控制 ms。

子查询

子查询语法为:<instant_query> '[' <range> ':' [<resolution>] ']' [ @ <float_literal> ] [ offset <duration> ]

例如:rate(http_requests_total[5m])[1h:] 表示以5分钟为粒度的 rate 评估间隔,最近1h内的数据,默认解析度等于全局 rule 评估间隔,比如是 15s,所以该查询返回的值是一个 range vector,而且包含了 240个点。

可以调整解析度,例如 rate(http_requests_total[5m])[1h:1m] 就将解析度从默认15s,变成 1m 中。

子查询可以与其他函数配合使用,尤其是基于时间维度的聚合函数,例如:

max_over_time(
  rate(
    http_requests_total[5m]
  )[1h:]
)

内置函数

Prometheus 内置不少函数,方便查询以及数据格式化,例如将结果由浮点数转为整数的 floor 和 ceil,

floor(avg(http_requests_total{code="200"}))
ceil(avg(http_requests_total{code="200"}))

查看 http_requests_total 5分钟内,平均每秒数据

rate(http_requests_total[5m])

为了方便记忆,我们可以将这些函数进行简单归类。

  • Counter :rate、irate、increase、resets。
  • Gauge:delta、idelta、deriv、predict_linear、holt_winters。
  • Histogram: histogram_quantile。
  • Native Histogram: histogram_count、histogram_sum、histogram_fraction、histogram_stddev、histogram_stdvar。
  • 时间聚合:_over_time(),比如 avg_over_time、max_over_time。
  • 时间函数:time、timestamp、minute、hour、month 等。
  • 数学函数: abs、ceil、exp、floor、ln、log2、log10 等。
  • 三角函数: acos、acosh 等。
  • No Data: absent、absent_over_time。
  • scalar 和 vector 互转: scalar、vector。
  • 指标标签修改: label_join、label_replace。

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