Prometheus range query中的step参数

详细解释Prometheus range query中的step参数的作用。

Prometheus有两种query:instant queryrange query。本文要讲的就是range query中的step参数。

range query是非常常见的一种query,看看它有哪些参数:

在Prometheus expression browser里看到的是这样的:

Expression Browser

注意到上图中的Res框里没有给值,没有给的话Prometheus会自动给一个值,这个值在图示右上角可以看到。

step对于查询结果的影响

Prometheues在对PromQL表达式求值的逻辑是这样的(详见这个issue里的回答):

  1. 对于[start, end]时间区间,从start开始,以step为长度,把时间区间分成若干段
  2. 对每个段进行求值

举例:start=10,end=20,step=2,那么就会有ts=10,ts=12,ts=14,ts=16,ts=18,ts=206段,然后为这6个段进行求值。求值方式视乎表达式中Time series selector的类型而定。

PromQL有两种Time series selector:instant vector selectorrange vector selector。下面将分别讲解:

Instant vector selector

形如下面的就是Instant vector selector,x是metric的名字。

x

Prometheus在对每段Instant vector selector求值的逻辑是这样的:

下面这张图解释了上面逻辑:

instant vector 1

图中的绿点是Prometheus实际存储的数据,按照时间轴从左到右排列。蓝点是根据step参数的求值结果。

当data point间隔比step更大的时候会发生下图这种情况:

instant vector 2

可以看到有两个段的求值结果来自于同一个data point。

Range vector selector

形如下面的就是Range vector selector,x是metric的名字,方括号里的是range duration

x[5m]

range vector select返回的是当前timestamp之前的range duration内的所有data point。range vector是不能直接用做绘图的,你得用某些function把range vector转换成instant vector才行,比如rate()

下图解释了是如何对Range vector selector进行分段求值的:

range vector

step和rate duration

steprange duration是独立的两个参数,在某些情况下两者的值存在某种限制条件,这里例举rate()来说明。rate()的作用是获得一个range-vector的每秒平均增长率。

如果step=10mrange duration=5m,那么rate在计算的时候会丢失一半的数据,两个分段之间的data point有一半没有被纳入计算。前面那张图就存在数据丢失的情况,有一个data point被漏掉了。

因此在使用rate()时,range duration得大于等于step

而如果是irate(),这个限制则是range duration不得大于step(详见Brian Brazil的Presentation)。

Grafana中的step参数

在Grafana中并没有直接提供step参数,而是这两个参数:min stepresolution文档在这里)。min step故名思义设定的是step的最小值,那么resolution是什么呢?

大家都知道Grafana都是用来画图的,比如下面这张图Y轴是值,X轴则是时间线,因此在X轴方向的每个像素都代表了一个timestamp。

resolution就是用来根据像素来计算step的一个参数。下面用6个像素以及它们的timestamp来说明:

x=1,ts=0; x=2,ts=5; x=3,ts=10; x=4,ts=15; x=5,ts=20; x=6,ts=25

而每个像素所代表的timestamp受两个因素影响:

  1. 查询所定义的时间范围
  2. Graph的宽度(单位:像素)

所以在Grafana发起的查询中step参数是动态的。其实这也是很合理的,因为只有这样才能够在Graph宽度小的时候绘图更粗糙(即step更大),Graph宽度大的时候绘图更精细(即step更小,但是不能小于min step)。实际发起的请求的step参数你可以在Graph的Query Inspector里看到:

但是我们之前不说过了rate()range duration不能小于step吗?那么把range duration给固定值的化就不太好了,怎么办呢?你可以使用Grafana提供的内置变量$__interval,它代表的Grafana就是计算出来的step的值。比如这样就能够将range durationstep保持一致了(更多内置变量可以见这里):

rate(x[$__interval])

所以,你想自己实验一把

如果你想自己动手实验,但是又苦于无法制造干净的假数据,那么可以参考这篇文章推荐的方法