PromQL 快速上手¶
概述¶
PromQL 是 Prometheus 监控系统 的查询语言，语法简洁又功能强大。PromQL 的语法跟一般的 SQL 语言很不一样，初学者往往需要花费几个小时阅读 官方 PromQL 文档 才能理解它的工作原理。
这里请跟随我们的思路，一起快速理解 PromQL 的设计精髓并掌握 PromQL 的用法。
用 PromQL 选择时间序列¶
使用 PromQL 中选择时间序列直接写序列名称就可以。例如，以下查询将返回所有名称 node_network_receive_bytes_total 的时间序列:
这个名称对应于 node_exporter metric，包含了各种网络接口接收的字节数。这样一个简单的查询可能会返回具有以下标签的时间序列，对于 eth0，eth1 和 eth2 网络接口：
node_network_receive_bytes_total{device="eth0"}
node_network_receive_bytes_total{device="eth1"}
node_network_receive_bytes_total{device="eth2"}
不同的标签用大括号括起来：{device="eth0"}，{device="eth1"}，{device="eth2"}。
指标集 Measurement¶
在观测云中的所有指标都是归属于指标集的，我们以指标集为单位管理指标的生命周期。而指标集 Measurement 这个概念在 Prometheus 中是不存在的，需要通过 Datakit 上报的时候可以手动配置或者根据前缀来自动生成，详细内容可以查看 Datakit 的文档。
我们继续以上面的 node_network_receive_bytes_total 指标为例，假设我们通过 Datakit 自动规则来生成，那么这个指标将会拆分为 Measurement 和 Field 两个部分，分别是 node 和 network_receive_bytes_total。
对应到查询上也会有略微改变，我们继续以上面提到的不同网络接口为例：
node:network_receive_bytes_total{device="eth0"}
node:network_receive_bytes_total{device="eth1"}
node:network_receive_bytes_total{device="eth2"}
可以观察到现在的指标名筛选格式变成了 measurement:field ，中间以冒号连接。
按标签过滤¶
单个指标名称可能对应于具有不同标签集的多个时间序列，就像上面的示例一样。如何选择仅匹配 {device="eth1"} 的时间序列？只需在查询中提及所需的标签即可：
如果要选择除 eth1 之外的设备的所有时间序列，则只需在查询中将 = 替换为 !=：
如何选择以 eth 开头的设备的时间序列？只需使用正则表达式即可：
过滤器可以包含与Go兼容的任意正则表达式（也称为RE2）。
要选择不以 eth 开头的设备的所有时间序列，必须将 =~ 替换为 !~：
按多个标签过滤¶
可以组合标签过滤器。例如，以下查询将仅返回以 eth 开头的设备的 node42:9100 实例上的时间序列：
标签过滤器与它们之间使用 and 运算符组合，即“返回与这个过滤器匹配 and 那个过滤器匹配的时间序列”。如何实现 or 运算符？目前，PromQL 缺乏用于组合标签过滤器的 or 运算符，但在大多数情况下，它可以用正则表达式来代替。例如，以下查询将返回 eth1 或 lo 设备的时间序列：
按正则表达式过滤指标或指标集名称¶
指标集和指标名其实是具有特殊名称的普通标签：__measurement__ 和 __field__，因此可以在这些标签上应用正则表达式来过滤你想要的数据。
例如，查询 node 指标集中所有具有 network_receive_bytes_total 或 network_transmit_bytes_total 指标名称的时间序列：
或者查询分布在 node1 和 node2 两个指标集中的 network_receive_bytes_total 或 network_transmit_bytes_total 指标名称的时间序列：
比较当前数据与历史数据¶
PromQL 允许查询历史数据并将其与当前数据组合/比较。只需在查询中添加 offset。例如，以下查询将返回 node:network_receive_bytes_total 名称的所有时间序列的一周前的数据：
以下查询将返回当前 GC 开销超过一个小时前 GC 开销的 1.5 倍的点。
下面会介绍 > 和 * 运算符。
计算速率¶
仔细阅读者可能会注意到，图表对上面的所有查询都绘制不断增长的线：
这样的图形的可用性接近于零，因为它们显示难以解释的不断增长的计数器值，而我们需要画出网络带宽的图形。PromQL 具有一个函数 rate，它可以为所有匹配时间序列计算每秒速率：
现在这样的图形就可以理解了：
查询中的 [5m] 是什么意思？这是时间持续时间（d）。
在我们的情况下为 5 分钟 - 在计算每个图形点的每秒速率时向后查看。每个点的简化速率计算如下：(Vcurr-Vprev) /（Tcurr-Tprev），其中 Vcurr 是当前点的值 -Tcurr，Vprev 是点上的值 Tprev = Tcurr-d。
如果这看起来太复杂了，那么只需记住更高的 d 会平滑图形，而较低的 d 会给图形带来更多噪音。
观测云使用了一种 PromQL 扩展语法 MetricsQL (感谢 VictoriaMetrics 开源！)，在此情况下，[d] 可以省略在这种情况下，它等于图形上两个连续点之间的持续时间（也称为“步长”）：
所以当你不清楚 rate 后面的持续时间应该怎么填写的时候，请放心直接省略吧。
rate 的注意事项¶
rate 会去掉指标名称，但会保留内部时间序列的所有标签。
请勿将 rate 应用于可能上下波动的时间序列。这种时间序列称为测量值。rate 必须仅应用于计数器，它们总是上升，但有时可能会重置为零（例如，在服务重新启动时）。
请勿使用 irate 代替 rate，因为 它不能捕获峰值，而且它并不比 rate 快多少。
算术运算符¶
PromQL 支持所有基本的算术运算：
- 加法（+）
- 减法（-）
- 乘法（*）
- 除法（/）
- 取模（%）
- 指数（^）
这使得可以执行各种转换。例如，将字节/秒转换为位/秒：
此外，这使得可以执行跨时间序列的计算。例如，这篇文章中的 Flux 查询 可以简化为以下 PromQL 查询：
使用算术运算符组合多个时间序列需要了解匹配规则。否则，查询可能会出错或导致不正确的结果。匹配规则的基础很简单：
- PromQL 引擎从左右两侧的所有时间序列中剥离度量名称，而不触及标签。
- 对于左侧的每个时间序列，PromQL 引擎在右侧搜索具有相同标签集的相应时间序列，对每个数据点应用操作，并返回具有相同标签集的结果时间序列。如果没有匹配项，则从结果中删除时间序列。
匹配规则可以使用 ignoring、on、group_left 和 group_right 修饰符进行增强。这非常复杂，但在大多数情况下不需要使用这些修饰符。
PromQL 比较运算符¶
PromQL 支持以下比较运算符：
- 等于（==）
- 不等于（！=）
- 大于（>）
- 大于或等于（>=）
- 小于（<）
- 小于或等于（<=）
这些运算符可以应用于任意 PromQL 表达式，就像算术运算符一样。比较运算的结果是匹配数据点的时间序列。例如，以下查询将仅返回带宽小于 2300 字节/秒的时间序列：
这将导致以下带有间隙的图形，其中带宽超过 2300 字节/秒：
比较运算符的结果可以使用 bool 修饰符增强：
在这种情况下，结果将包含 1 表示 true 的比较和 0 表示 false 的比较：
聚合和分组函数¶
PromQL 允许聚合和分组时间序列。时间序列按给定的标签集进行分组，然后为每个组应用给定的聚合函数。例如，以下查询将返回在所有安装了 node_exporter 的节点上按实例分组的摘要入口流量：
使用 Gauges¶
Gauges 是可以随时上下浮动的时间序列。例如，内存使用、温度或压力。在为仪表盘绘制图形时，预期每个点上的最小值、最大值、平均值和/或分位数值。PromQL 允许使用以下函数来实现：
例如，以下查询将为图形上的每个点绘制空闲内存的最小值：
MetricsQL 将 rollup_* 函数添加到 PromQL 中，当应用于 Gauges 时自动返回 min、max 和 avg 值。例如：
标签的操作¶
PromQL 提供了两个函数，用于标签的修改、美化、删除或创建：
尽管这些函数使用起来很笨拙，但它们允许对所选时间序列的标签进行强大的动态操作。 label_ 函数的主要用途是将标签转换为所需的视图。
MetricsQL 通过更方便的标签操作函数扩展了这些函数：
- label_set — 为时间序列设置额外标签
- label_del — 从时间序列中删除给定标签
- label_keep — 除给定标签外，从时间序列中删除所有标签
- label_copy — 将标签值复制到其他标签
- label_move — 重命名标签
- label_transform — 将所有与给定正则表达式匹配的子字符串替换为模板替换
- label_value — 从给定标签返回数值
从单个查询中返回多个结果¶
有时需要从单个 PromQL 查询返回多个结果。这可以通过 or 运算符来实现。例如，以下查询将返回所有名称为metric1、metric2 和 metric3 的时间序列：
MetricsQL 简化了返回多个结果的过程-只需在 () 中列举它们：
请注意：任意的 PromQL 表达式都可以放在那里而不是指标名称。
在组合表达式结果时，有一个常见的陷阱：具有重复标签集的结果将被跳过。例如，以下查询将跳过 sum(b)，因为 sum(a) 和 sum(b) 都具有相同的标签集——它们根本没有标签：
结论¶
PromQL 是一种易于使用但功能强大的时间序列数据库查询语言。与 SQL、InfluxQL 或 Flux 相比，它允许以简洁而清晰的方式编写典型的 TSDB 查询。
本教程未涵盖 PromQL 的所有功能，因为有些特性并不是很常用：
你可以使用这个 PromQL 速查表继续学习 PromQL。
本文主体内容翻译自 PromQL tutorial for beginners and humans ，观测云也正在使用 VictoriaMetrics 开源的 MetricsQL 引擎的实现，再次感谢 VictoriaMetrics ！