本文讓我們一起來看看PromQL查詢解析。雖然PromQL有操作符、函數(shù)、選擇器等，但我們無需被本篇文章中的這些細節(jié)所困擾。讓我們來看看查詢的總體性質(zhì)：PromQL查詢是如何結(jié)構化和類型化的？隨著時間的推移它們是如何評估的？

讓我們來看一下PromQL的查詢結(jié)構。PromQL有操作符、函數(shù)、選擇器等等，但是我們不要被本篇文章中的細節(jié)所困擾。相反，讓我們看看查詢的整體：PromQL查詢是如何構造和輸入的，以及隨著時間的推移它們是如何被評估的？

這篇博客文章將假設您對PromQL查詢和Prometheus數(shù)據(jù)模型有大概粗略的了解。

讓我們開始吧！

1.PromQL是一種嵌套的函數(shù)式語言

不像SQL或其他一些更傾向于命令式的查詢語言(SELECT * FROM...)，PromQL是一種嵌套的函數(shù)式語言。這意味著您將所尋找的數(shù)據(jù)描述為一組嵌套表達式，每個表達式都計算出一個中間值(沒有副作用)。每個中間值都用作它周圍表達式的參數(shù)或操作數(shù)，而查詢的最外層表達式表示您在表、圖或類似用例中看到的最終返回值。

查詢示例如下所示：

#Rootofthequery,finalresult,approximatesaquantile.
histogram_quantile(
#1stargumenttohistogram_quantile(),thetargetquantile.
0.9,
#2ndargumenttohistogram_quantile(),anaggregatedhistogram.
sumby(le,method,path)(
#Argumenttosum(),theper-secondincreaseofahistogramover5m.
rate(
#Argumenttorate(),therawhistogramseriesoverthelast5m.
demo_api_request_duration_seconds_bucket{job="demo"}[5m]
)
)
)

PromQL表達式不僅是整個查詢，而且是查詢的任何嵌套部分(如上面的rate(…)部分)，可以單獨作為查詢運行。在上面的例子中，每個注釋行代表一個表達式。

當你在PromLabs的PromLens查詢可視化工具中分析相同的查詢時，包含子表達式的嵌套表達式結(jié)構會變得特別清晰：

在PromLens中，您可以單擊每個樹節(jié)點來分別評估其子表達式，以了解您在嵌套表達式樹的每個部分中處理的數(shù)據(jù)。

2.輸入的表達式，可能不像你想的那樣

Prometheus中有兩個“類型”的概念：

• 由抓取目標所報告的度量類型：計數(shù)器、儀表、直方圖、摘要或無類型。

• PromQL表達式的類型：字符串、標量、瞬時向量或范圍向量。

PromQL完全忽略度量類型，只關心表達式類型：每個表達式都有一個類型，每個函數(shù)、操作符或其他類型的操作都要求其參數(shù)是某種表達式類型。例如，rate()函數(shù)要求其參數(shù)是一個范圍向量，但rate()本身的計算結(jié)果是一個瞬時向量。因此，rate()的結(jié)果只能用于期望瞬時向量的地方。

PromQL中可能的表達式類型有：

• 字符串：類似 "I am a string!". 這些只作為某些函數(shù)(如label_join())的參數(shù)出現(xiàn)，在PromQL中并不常用。

• 標量：沒有標注尺寸的單個數(shù)值，如 1.234。您將看到這些函數(shù)的數(shù)值參數(shù)，如histogram_quantile(0.9，…)或topk(3，…)，以及算術運算。

• 瞬時向量：一組帶標簽的時間序列，每個序列有一個樣本，所有樣本都有相同的時間戳。瞬時向量可以直接來自TSDB時間序列選擇器，如node_cpu_seconds_total，也可以來自返回它們的任何函數(shù)或其他轉(zhuǎn)換。

node_cpu_seconds_total{cpu="0",mode="idle"}→19165078.75@timestamp_1
node_cpu_seconds_total{cpu="0",mode="system"}→381598.72@timestamp_1
node_cpu_seconds_total{cpu="0",mode="user"}→23211630.97@timestamp_1

• 范圍向量：一組帶標簽的時間序列，每個序列都有一段時間的樣本范圍。在PromQL中只有兩種方法產(chǎn)生范圍向量:在查詢中使用文字范圍向量選擇器(如node_cpu_seconds_total[5m])，或者使用子查詢(如[5m:10s])。當您想要聚合指定時間窗口內(nèi)的一系列行為時，范圍向量非常有用，就像您使用rate(node_cpu_seconds_total[5m])計算node_cpu_seconds_total在過去5分鐘內(nèi)的平均每秒增長率一樣。

node_cpu_seconds_total{cpu="0",mode="idle"}→19165078.75@timestamp_1,19165136.3@timestamp_2,19165167.72@timestamp_3
node_cpu_seconds_total{cpu="0",mode="system"}→381598.72@timestamp_1,381599.98@timestamp_2,381600.58@timestamp_3
node_cpu_seconds_total{cpu="0",mode="user"}→23211630.97@timestamp_1,23211711.34@timestamp_2,23211748.64@timestamp_3

但是指標類型呢？如果您已經(jīng)使用過PromQL，您可能知道某些函數(shù)只適用于特定類型的指標！例如，histogram_quantile()函數(shù)只適用于直方圖指標，rate()只適用于計數(shù)器指標，而deriv()只適用于儀表。但是PromQL實際上并不檢查您是否傳入了正確類型的指標——這些函數(shù)通常會順利地運行，并為錯誤類型的輸入指標返回一些無意義的東西，并且由用戶決定是否傳入符合某些假設的時間序列(比如在直方圖的情況下有一個敏感的le標簽，或者在計數(shù)器的情況下單調(diào)增加)。然而，將來我們很可能會看到像PromLens這樣的用戶界面試圖警告你，如果你把一個不兼容的指標類型傳遞給一個函數(shù)。

3.時間是怎么進來的？范圍和即時查詢！

您可能已經(jīng)注意到，PromQL查詢中對時間的唯一引用是相對引用(例如[5m]，向后看5分鐘)。那么，如何指定絕對圖形時間范圍，或者在表中顯示查詢結(jié)果的時間戳呢？在PromQL中，這樣的時間參數(shù)與表達式分開發(fā)送給Prometheus查詢API，確切的時間參數(shù)取決于您發(fā)送的查詢類型。Prometheus有兩種類型的PromQL查詢：即時查詢和范圍查詢。

3.1即時查詢

即時查詢用于類似表格的視圖，在這些視圖中，您希望顯示PromQL查詢在單個時間點的結(jié)果。

即時查詢的參數(shù)包括：

• PromQL表達式。

• 評估時間戳

表達式在計算時間戳時進行計算，查詢中的任何數(shù)據(jù)選擇器都可以選擇從該時間戳回溯到過去的數(shù)據(jù)(foo[1h]選擇foo系列的最后一個小時的數(shù)據(jù))，但不能選擇未來的數(shù)據(jù)(foo[-1h]是無效的PromQL)。訪問過去數(shù)據(jù)的窗口通常有助于計算一段時間內(nèi)的比率或平均值等總量。

即時查詢可以返回任何有效的PromQL表達式類型(字符串、標量、即時和范圍瞬時和范圍向量)。

例如即時查詢：

讓我們看一個即時查詢的例子，看看它是如何工作的。想象一下使用表達式http_requests_total查詢給定的時間戳數(shù)據(jù)。http_requests_total是一個瞬時向量選擇器，它使用指標名稱http_requests_total為任何時間序列選擇最新的樣本。更具體地說，相對于評估時間戳，“l(fā)atest”意味著“最多5分鐘以前的并且不是陳舊的”。因此，該選擇器將只為在評估時間戳之前最多5分鐘有一個樣本的序列產(chǎn)生一個結(jié)果，并且評估時間戳之前的最后一個樣本不是一個陳舊的標記(一種將序列標記為在Prometheus TSDB中的某個時間終止的顯式方法)。

如果我們在有最近樣本的時間戳上運行此查詢，結(jié)果將包含兩個序列，每個序列只有一個樣本：

注意，每個返回樣本的輸出時間戳不再是原始樣本時間戳，而是被設置為評估時間戳。

想象一下，在一個時間戳上執(zhí)行同樣的查詢，在該時間戳之前有>5m的數(shù)據(jù)間隔:

在這種情況下，查詢將返回一個空結(jié)果，因為所有匹配的樣本都太舊而無法包含。

3.2范圍查詢

范圍查詢主要用于圖形，其中您希望顯示給定時間范圍內(nèi)的PromQL表達式。范圍查詢的工作方式完全類似于許多完全獨立的即時查詢，這些查詢在給定時間范圍內(nèi)的后續(xù)時間步驟中進行評估。當然，這是經(jīng)過高度優(yōu)化的，在這種情況下，Prometheus實際上并沒有運行很多獨立的即時查詢。

范圍查詢包含以下參數(shù)：

• PromQL表達式。

• 開始時間。

• 結(jié)束時間。

• 解析步驟。

在開始時間和結(jié)束時間之間的每個解析步驟對表達式求值后，單獨求值的時間片被拼接到單個范圍向量中。范圍查詢允許傳入瞬時向量類型或標量類型的表達式，但總是返回一個范圍向量(標量或瞬時向量在一段時間內(nèi)計算的結(jié)果)。

范圍查詢示例：

如果我們將上面的示例表達式評估為一個范圍查詢，它將如下所示：

請注意，每個評估步驟的行為完全類似于獨立的即時查詢，并且每個獨立的即時查詢對查詢的整體范圍沒有概念。這種情況下的最終結(jié)果將是一個范圍向量，它包含一個時間范圍內(nèi)兩個選定序列的樣本，但也包含某些時間步長的序列數(shù)據(jù)中的間隙。

最后

希望這篇博客文章讓您對PromQL查詢的整體結(jié)構、正在進行的類型檢查(或缺少的類型檢查)以及查詢的解析評估有了更好的了解。

ABOUT——關于Prometheus中文社區(qū)

Prometheus中文社區(qū)已與Prometheus原廠官方達成合作，通過官方的支持希望能為您帶來以下服務：

資訊分享：Prometheus中文社區(qū)旨在為Prometheus開發(fā)者們提供最新的官方資訊以及專業(yè)知識，為開發(fā)者們分享第一手的Prometheus信息。

技術交流：加入社區(qū)交流分享經(jīng)驗，讓社區(qū)大佬幫您解決身邊的實際問題；提出您的見解、技術心得，交流專業(yè)資源討論技術話題。打造一個開發(fā)者們交流技術干貨的信息平臺。

專業(yè)服務：現(xiàn)在我們已與Prometheus達成合作，攜手聯(lián)合創(chuàng)始人Julius Volz及其專業(yè)團隊，旨在為您提供更優(yōu)質(zhì)、更具性價比的監(jiān)控設置咨詢服務。了解更多Prometheus內(nèi)容或需要更多專業(yè)服務請聯(lián)系我們！

原文標題：PromQL查詢剖析