Prometheus本地存储和VictoriaMetrics远端存储

news2024/9/23 15:27:56

文章目录

      • Prometheus本地存储简介
        • block
        • WAL
        • 本地存储配置参数
      • VictoriaMetrics
        • 简介
        • 单机版部署使用
          • 安装VictoriaMetrics
          • 配置Prometheus使用Victoriametrics
          • 配置Grafana以Victoriametrics作为数据源
        • 集群版部署使用
          • 部署vmstorage
          • 部署vmselect
          • 部署vminsert
          • 配置Prometheus使用vminsert
          • 配置Grafana以vmselect为数据源
          • 开启数据复制

Prometheus提供了两种存储方式，分别是本地存储和远端存储

Prometheus本地存储简介

Prometheus的本地存储被称为Prometheus TSDB，目前是V3版本，根据官方介绍其有着非常高效的时间序列数据存储方法，每个采样数据仅占3.5byte左右空间，上百万条时间序列，30s间隔，保存60天，仅占200多G空间

默认情况下，Prometheus将采集到的数据保存在本地的TSDB数据库中，默认目录为Prometheus安装目录下的data目录。数据写入过程为先把数据写入wal日志并放在内存中，然后2个小时后将内存数据放入一个新的block块，同时再把新的数据写入内存并在2小时后再保存至一个新的block块，依次类推

这里涉及到两个组成部分：block和wal

block

Prometheus TSD将存储的监控数据按时间分割为block，block的大小并不固定，默认最小的block保存2h的数据，随着数据量的不断增加，TSDB会将小的block合并为大的block，例如将3个2h的block合并为一个6h的block，这样不仅可以减少数据存储，还可以减少block个数，便于对数据进行检索。

在实际存储中，block就是Prometheus TSDB数据目录下那些以01开头的存储目录，如下图：
在这里插入图片描述

block主要包含4个部分：chunks、index、meta.josn、tombstones，如下图：

在这里插入图片描述

1. chunks
chunks主要用于保存压缩后的时序数据。每个chunk的大小为512M，如果超过，则会被分割为多个chunk保存，且以数字编号命名

2. index
index是为了对时序数据进行快速检索和查询而设计，主要用来记录chunk中时序的偏移位置

3. meta.json
meta.json记录block的元数据信息，主要包括一个数据块记录样本的起始时间、截至时间、样本数、时序数和数据源等信息，这些元数据信息在后期对block进行维护（删除过期block、合并block等）时会用到。

下面是一个meta.json文件示例

{
        "ulid": "01GT3F29KBPHPJRDSF5Z38MCRZ",	#blcok的Id
        "minTime": 1677290405717,	#block的起始时间
        "maxTime": 1677297600000,	#block的截至时间
        "stats": {
                "numSamples": 1374480,	#样本数量
                "numSeries": 2573,	#时序数量
                "numChunks": 11454	#chunk数量
        },
        "compaction": {
                "level": 1,	#压缩级别
                "sources": [
                        "01GT3F29KBPHPJRDSF5Z38MCRZ"	#此block由哪些block压缩合并而来
                ]
        },
        "version": 1
}

4. tombstones
tombstones用于对数据进行软删除。TSDB在删除block数据块时会将整个目录删除，但如果只删除一部分数据块的内容，则可以通过 tombstones进行软删除

这些block按照时间顺序被分割为一个个block，其中第一个block被称为head-block，它被存储在内存中并且允许修改，而后面的block以只读的方式存储在硬盘中。如下图：
在这里插入图片描述

head-block和后面的block都被初始设定为保存2h的数据，当head-block超过1.5倍大小（3h）的时候，它将被重新分割成2h和1h两部分，前面一部分变为只读块被保存到硬盘中。

WAL

WAL（write-ahead logging，预写日志）是关系型数据库中利用日志来实现事务性和持久性的一种技术，即在进行某个操作之前先将这件事情记录下来，以便之后对数据进行回滚、重试等操作并保证数据可靠性。

Prometheus为了防止丢失暂存在内存中的还未被写入磁盘的监控数据’、引入了WAL机制。WAL被分割为默认大小为128M的文件段，文件段以数字命名，例如00000001、00000002等，以此类推。

在这里插入图片描述

按照每种对象设定的采集周期，Prometheus会将周期性采集的监控数据先写入head-block中，但这些数据没有被持久化，TSDB通过WAL将提交的数据先保存到磁盘中，在TSDB宕机重启后，会首先启动多协程读取WAL，从而恢复之前的状态。

另外从Prometheus v2.19.0开始，Prometheus引入了内存映射，将head-block中已填充的完整的chunk，刷新到磁盘（即保存在chunks_head目录下的数据）并从磁盘进行内存映射，同时仅将引用存储在内存中。通过内存映射，可以在需要时使用该引用将chunk动态加载到内存中。这是操作系统提供的功能。通过引入内存映射，减少了Prometheus的内存消耗，虽然填充完毕的chunk会被刷到磁盘上，但是对于该部分的操作预写入日志不会被删除，直到该chunk所属的block完整落盘

本地存储配置参数

--storage.tsdb.path		#指定数据保存位置
--storage.tsdb.retention.time	#指定数据保存时间，默认15d
--storage.tsdb.retention.size 	#指定block可以保存的数据大小
--query.timeout	#最大查询超时时间，默认2m
--query.max-concurrency		#最大查询并发数，默认20

VictoriaMetrics

简介

VictoriaMetrics是一个快速、支持高可用且可扩展的开源时序数据库和监控解决方案。可用做Promethazine的远端存储。

VictoriaMetrics官网：https://victoriametrics.com/
官方文档：https://docs.victoriametrics.com/
项目地址：https://github.com/VictoriaMetrics

VictoriaMetrics的优点：

  • 兼容Prometheus相关API，可以直接用作Grafana的数据源
  • 内存占用率低
  • 查询速度快
  • 设置和操作简单
  • 支持水平扩容和HA(集群版)
  • 高压缩比等等

VictoriaMetrics分为集群版和单机版，根据实际需求选择即可。

  • 单机版：直接通过二进制文件运行即可，官方建议采集数据点(data points)低于100w/s，推荐VM单节点版，简单好维护，但不支持告警。
  • 集群版：支持数据水平拆分，根据功能拆分为不同的组件vmselect、vminsert、vmstorage，如果替换Prometheus还可以加上vmagent和vmalert

下图是集群版的架构图：

在这里插入图片描述

相关组件作用如下：

  • vmstorage：数据存储即查询结果返回，默认端口8482
  • vminsert：写入组件，vminsert负责接收数据写入请求并根据对数据的hash结果将数据写入到后端不同的vmstorage之上，实现数据分片。默认端口8480，属于无状态服务可水平扩展
  • vmselect：查询组件，负责接收查询请求，并连接到vmstorage查询数据。默认端口8481，属于无状态服务可水平扩展

另外还有一些可选组件：

  • vmagent：类似于Prometheus，负责从各种数据来源收集指标数据
  • vmalert：类似于Alertmanager，负责实现告警功能
  • vmctl：命令行工具

单机版部署使用

安装VictoriaMetrics

下载单机版安装包

在这里插入图片描述

wget https://github.com/VictoriaMetrics/VictoriaMetrics/releases/download/v1.87.2/victoria-metrics-linux-amd64-v1.87.2.tar.gz
tar xf victoria-metrics-linux-amd64-v1.87.2.tar.gz
mv victoria-metrics-prod /usr/bin/
victoria-metrics-prod -h	#查看参数

准备service文件

root@vm-node-01:~# cat /lib/systemd/system/victoria-metrics.service
[Unit]
Description=For Victoria-metrics-prod single service
After=network.target

[Service]
ExecStart=/usr/bin/victoria-metrics-prod -httpListenAddr=0.0.0.0:8428 -storageDataPath=/data/victoria-metrics
-retentionPeriod=3

[Install]
WantedBy=multi-user.target

启动服务

mkdir  -p /data/victoria-metrics
systemctl daemon-reload
systemctl start victoria-metrics.service
systemctl status victoria-metrics.service
systemctl enable victoria-metrics.service

服务启动后可以访问VictoriaMetrics的默认界面，从这里可以选择跳转到其他界面，例如数据查询界面、targets页面等

在这里插入图片描述

配置Prometheus使用Victoriametrics

修改Prometheus配置，添加remote_write配置

global:
..........

remote_write:
  - url: http://192.168.122.24:8428/api/v1/write

配置修改完成后重启Prometheus

systemctl restart prometheus

然后可以在Victoriametrics的界面，查询是否已经有数据写入

在这里插入图片描述
如上图所示，可以看到node-exporter的数据指标已经写入到Victoriametrics

配置Grafana以Victoriametrics作为数据源

添加数据源，类型选择Prometheus

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
导入node-exporter模板验证数据，模板ID 11074
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
如上图所示，模板正常显示数据，表示可以从Victoriametrics单机获取数据

集群版部署使用

环境规划

192.168.122.24  vm-node-01	vmselect/vminsert/vmstorage
192.168.122.25  vm-node-02	vmselect/vminsert/vmstorage
192.168.122.26  vm-node-03	vmselect/vminsert/vmstorage
192.168.122.14	haproxy-node-01		haproxy/keepalived
192.168.122.15  haproxy-node-02 	haproxy/keepalived
192.168.122.19 	VIP

整体结构如下图：
在这里插入图片描述

分别在3个节点执行以下部署步骤

部署vmstorage

下载集群版的安装包
在这里插入图片描述

wget https://github.com/VictoriaMetrics/VictoriaMetrics/releases/download/v1.87.2/victoria-metrics-linux-amd64-v1.87.2-cluster.tar.gz
tar xf victoria-metrics-linux-amd64-v1.87.2-cluster.tar.gz
mv vminsert-prod vmselect-prod vmstorage-prod /usr/bin/
vmstorage-prod -h	#查看运行参数

准备service文件

root@vm-node-01:~# cat /lib/systemd/system/vmstorage.service
[Unit]
Description=Vmstorage Server
After=network.target

[Service]
Restart=on-failure
WorkingDirectory=/tmp
ExecStart=/usr/bin/vmstorage-prod -loggerTimezone Asia/Shanghai -storageDataPath /data/vmstorage-data -httpListenAddr :8482 -vminsertAddr :8400 -vmselectAddr :8401

[Install]
WantedBy=multi-user.target

vmstorage会监听3个端口，8482是自身API端口；8400提供给vminsert，负责处理数据写入；8401提供给vmselect，负责数据读取。

启动vmstorage服务

mkdir --p /data/vmstorage-data
systemctl daemon-reload
systemctl start vmstorage.service
systemctl status vmstorage.service
systemctl enable vmstorage.service
部署vmselect

准备service文件

vmselect自身监听8481端口对外提供服务，-storageNode用于指定vmstorage地址

root@vm-node-01:~# cat /lib/systemd/system/vmselect.service
[Unit]
Description=Vmselect Server
After=network.target

[Service]
Restart=on-failure
WorkingDirectory=/tmp
ExecStart=/usr/bin/vmselect-prod -httpListenAddr :8481 -storageNode=192.168.122.24:8401,192.168.122.25:8401,192.168.122.26:8401

[Install]
WantedBy=multi-user.target

启动vmstorage服务

systemctl daemon-reload
systemctl start vmselect.service
systemctl status vmselect.service
systemctl enable vmselect.service

在haproxy中添加vmselect后端配置

listen vmselect-8481
       bind 192.168.122.19:8481
       option  tcplog
       mode tcp
       balance source
       server vmselect-node1 192.168.122.24:8481 check inter 2000 fall 3 rise 5
       server vmselect-node2 192.168.122.25:8481 check inter 2000 fall 3 rise 5
       server vmselect-node3 192.168.122.26:8481 check inter 2000 fall 3 rise 5
部署vminsert

准备service文件

vminsert自身监听8480端口对外提供服务，-storageNode用于指定vmstorage地址

root@vm-node-01:~# cat /lib/systemd/system/vminsert.service
[Unit]
Description=Vminsert Server
After=network.target

[Service]
Restart=on-failure
WorkingDirectory=/tmp
ExecStart=/usr/bin/vminsert-prod -httpListenAddr :8480 -storageNode=192.168.122.24:8400,192.168.122.25:8400,192.168.122.26:8400

[Install]
WantedBy=multi-user.target

启动服务

systemctl daemon-reload
systemctl start vminsert.service
systemctl status vminsert.service
systemctl enable vminsert.service

在haproxy中添加vminsert后端配置

listen vminsert-8480
       bind 192.168.122.19:8480
       option  tcplog
       mode tcp
       balance source
       server vminsert-node1 192.168.122.24:8480 check inter 2000 fall 3 rise 5
       server vminsert-node2 192.168.122.25:8480 check inter 2000 fall 3 rise 5
       server vminsert-node3 192.168.122.26:8480 check inter 2000 fall 3 rise 5
配置Prometheus使用vminsert

修改Prometheus配置，添加remote_write配置

global:
..........

remote_write:
  - url: http://192.168.122.19:8480/insert/0/prometheus

配置修改完成后重启Prometheus

systemctl restart prometheus
配置Grafana以vmselect为数据源

Grafana添加数据源

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

导入模板查看数据，模板ID 11074
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
如上图所示，模板正常显示数据，表示可以从vmselect读取数据

开启数据复制

默认情况下，数据被vmselect组件基于hash算法分别写入到不同的vmstorage节点，数据只保存一份，如果有vmstorage节点宕机会造成部分数据丢失。可以启用vminsert组件的-replicationFactor=N参数启用复制功能，将数据分别在N个节点上都写入一份以实现数据的高可用。
但复制功能会增加vmselect和vminsert组件的资源使用率，因为vminsert需要写入多份数据，vmselect从多个vmstorage读取数据之后需要执行去重操作。官方建议还是将数据的高可用交给vmstorage数据存储路径的磁盘（例如使用ceph rbd），并定期备份数据

更多介绍可以参考官方文档： https://docs.victoriametrics.com/Cluster-VictoriaMetrics.html#replication-and-data-safety

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