第一章：Prometheus 简介¶

什么是 Prometheus？¶

Prometheus 是由 SoundCloud 开发的开源监控系统和时序数据库，于 2016 年加入 CNCF，成为继 Kubernetes 之后的第二个毕业项目。

核心特性¶

多维数据模型 - 指标名称和键值对标识的时间序列数据
PromQL 查询语言 - 灵活强大的查询语言
Pull 模式采集 - 主动拉取指标数据
服务发现 - 自动发现监控目标
告警支持 - 内置 Alertmanager 告警组件

Prometheus 架构¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        Prometheus 生态                               │
│                                                                      │
│  ┌─────────────┐    ┌─────────────┐    ┌─────────────┐             │
│  │   Pushgateway  │    │  Exporters  │    │   Targets   │             │
│  │   (推送网关)    │    │  (数据导出器) │    │  (监控目标)  │             │
│  └──────┬──────┘    └──────┬──────┘    └──────┬──────┘             │
│         │                  │                  │                     │
│         └──────────────────┼──────────────────┘                     │
│                            │ Pull                                   │
│                            ▼                                        │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │                    Prometheus Server                          │   │
│  │  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐          │   │
│  │  │  Retrieval  │  │    TSDB     │  │ HTTP Server │          │   │
│  │  │  (数据采集)  │  │  (时序存储)  │  │  (查询接口)  │          │   │
│  │  └─────────────┘  └─────────────┘  └─────────────┘          │   │
│  └─────────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                            │                                        │
│         ┌──────────────────┼──────────────────┐                    │
│         │                  │                  │                    │
│         ▼                  ▼                  ▼                    │
│  ┌─────────────┐    ┌─────────────┐    ┌─────────────┐            │
│  │  PromQL     │    │ Alertmanager│    │  Grafana    │            │
│  │  (查询)     │    │  (告警)      │    │  (可视化)   │            │
│  └─────────────┘    └─────────────┘    └─────────────┘            │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

核心组件¶

1. Prometheus Server¶

核心服务，负责： - 采集时间序列数据 - 存储数据到本地 TSDB - 执行 PromQL 查询 - 检测告警规则

2. Exporter¶

数据导出器，将应用指标转换为 Prometheus 格式：

# 常用 Exporter
node_exporter      # 主机监控
mysqld_exporter    # MySQL 监控
redis_exporter     # Redis 监控
nginx_exporter     # Nginx 监控
blackbox_exporter  # 黑盒监控

3. Pushgateway¶

推送网关，用于： - 短生命周期任务推送指标 - 批量任务指标收集 - 不支持 Pull 模式的场景

4. Alertmanager¶

告警管理器，负责： - 去重和分组 - 路由和通知 - 静默和抑制

数据模型¶

指标格式¶

<metric_name>{<label_name>=<label_value>, ...} <value> [timestamp]

示例¶

# 计数器
http_requests_total{method="GET", endpoint="/api/users"} 1234

# 仪表盘
node_memory_usage_bytes{host="web-01"} 8589934592

# 直方图
http_request_duration_seconds_bucket{le="0.1"} 100
http_request_duration_seconds_bucket{le="0.5"} 200
http_request_duration_seconds_bucket{le="+Inf"} 300

# 摘要
http_request_duration_seconds_sum 150.5
http_request_duration_seconds_count 300

指标类型¶

1. Counter（计数器）¶

只增不减的累积值：

# 总请求数
http_requests_total 12345

# 使用 rate() 计算速率
rate(http_requests_total[5m])

2. Gauge（仪表盘）¶

可增可减的瞬时值：

# 当前内存使用
node_memory_usage_bytes 8589934592

# 当前温度
room_temperature_celsius 23.5

3. Histogram（直方图）¶

观测值的分布统计：

# 请求延迟分布
http_request_duration_seconds_bucket{le="0.1"} 100
http_request_duration_seconds_bucket{le="0.5"} 200
http_request_duration_seconds_bucket{le="1.0"} 280
http_request_duration_seconds_bucket{le="+Inf"} 300
http_request_duration_seconds_sum 150.5
http_request_duration_seconds_count 300

4. Summary（摘要）¶

类似 Histogram，但计算分位数：

# 请求延迟分位数
http_request_duration_seconds{quantile="0.5"} 0.12
http_request_duration_seconds{quantile="0.9"} 0.35
http_request_duration_seconds{quantile="0.99"} 0.85

Pull vs Push¶

Pull 模式（Prometheus）¶

Prometheus ──Pull──> Target
    │
    └── 主动拉取指标

优点： - 统一采集控制 - 易于发现问题 - 目标健康检查

Push 模式（其他系统）¶

Application ──Push──> Monitoring System
    │
    └── 主动推送指标

服务发现¶

静态配置¶

scrape_configs:
  - job_name: 'prometheus'
    static_configs:
      - targets: ['localhost:9090']

文件服务发现¶

scrape_configs:
  - job_name: 'nodes'
    file_sd_configs:
      - files:
          - /etc/prometheus/targets/*.json
        refresh_interval: 5m

Kubernetes 服务发现¶

scrape_configs:
  - job_name: 'kubernetes-pods'
    kubernetes_sd_configs:
      - role: pod
    relabel_configs:
      - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_scrape]
        action: keep
        regex: true

安装方式¶

Docker¶

docker run -d \
  --name prometheus \
  -p 9090:9090 \
  -v /path/to/prometheus.yml:/etc/prometheus/prometheus.yml \
  prom/prometheus

Docker Compose¶

version: '3.8'

services:
  prometheus:
    image: prom/prometheus:latest
    ports:
      - "9090:9090"
    volumes:
      - ./prometheus.yml:/etc/prometheus/prometheus.yml
      - prometheus-data:/prometheus
    command:
      - '--config.file=/etc/prometheus/prometheus.yml'
      - '--storage.tsdb.path=/prometheus'

  node-exporter:
    image: prom/node-exporter:latest
    ports:
      - "9100:9100"
    volumes:
      - /proc:/host/proc:ro
      - /sys:/host/sys:ro
      - /:/rootfs:ro
    command:
      - '--path.procfs=/host/proc'
      - '--path.sysfs=/host/sys'

volumes:
  prometheus-data:

Kubernetes¶

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: prometheus
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: prometheus
  template:
    metadata:
      labels:
        app: prometheus
    spec:
      containers:
      - name: prometheus
        image: prom/prometheus:latest
        ports:
        - containerPort: 9090
        volumeMounts:
        - name: config
          mountPath: /etc/prometheus
      volumes:
      - name: config
        configMap:
          name: prometheus-config

快速开始¶

# 1. 创建配置文件
cat > prometheus.yml << 'EOF'
global:
  scrape_interval: 15s

scrape_configs:
  - job_name: 'prometheus'
    static_configs:
      - targets: ['localhost:9090']
EOF

# 2. 启动 Prometheus
docker run -d \
  --name prometheus \
  -p 9090:9090 \
  -v $(pwd)/prometheus.yml:/etc/prometheus/prometheus.yml \
  prom/prometheus

# 3. 访问 Web UI
open http://localhost:9090

# 4. 查询指标
# 在 Web UI 中输入: up

Prometheus vs 其他监控¶

特性	Prometheus	Zabbix	Nagios	Datadog
数据模型	多维	扁平	扁平	多维
查询语言	PromQL	无	无	专有
采集模式	Pull	Push/Pull	Push	Agent
存储	TSDB	RDBMS	文件	云存储
开源	是	是	是	否
云原生	是	部分	否	是

小结¶

本章学习了：

✅ Prometheus 概念和特性
✅ Prometheus 架构和组件
✅ 数据模型和指标类型
✅ Pull 模式和服务发现
✅ 安装和快速开始

下一章¶

第二章：Prometheus 安装与配置 - 学习详细配置和部署。