Prometheus時序數據庫-數據的插入

2021 年 3 月 8 日
筆記
Prometheus, 數據庫, 時序數據庫

Prometheus時序數據庫-數據的插入

前言

在之前的文章里，筆者詳細的闡述了Prometheus時序數據庫在內存和磁盤中的存儲結構。有了前面的鋪墊，筆者就可以在本篇文章闡述下數據的插入過程。

監控數據的插入

在這裡，筆者並不會去討論Promtheus向各個Endpoint抓取數據的過程。而是僅僅圍繞着數據是如何插入Prometheus的過程做下闡述。對應方法:

func (a *headAppender) Add(lset labels.Labels, t int64, v float64) (uint64, error) {
	......
	// 如果lset對應的series沒有，則建一個。同時把新建的series放入倒排Posting映射裏面
	s, created := a.head.getOrCreate(lset.Hash(), lset) 
	if created { // 如果新創建了一個，則將新建的也放到a.series裏面
		a.series = append(a.series, record.RefSeries{
			Ref:    s.ref,
			Labels: lset,
		})
	}
	return s.ref, a.AddFast(s.ref, t, v)
}

我們就以下面的add函數調用為例:

app.Add(labels.FromStrings("foo", "bar"), 0, 0)

首先是getOrCreate,顧名思義，不存在則創建一個。創建的過程包含了seriesHashMap/Postings(倒排索引)/LabelIndex的維護。如下圖所示:

然後是AddFast方法

func (a *headAppender) AddFast(ref uint64, t int64, v float64) error{
		// 拿出對應的memSeries
		s := a.head.series.getByID(ref)
		......
		// 設置為等待提交狀態
		s.pendingCommit=true
		......
		// 為了事務概念，放入temp存儲，等待真正commit時候再寫入memSeries
		a.samples = append(a.samples, record.RefSample{Ref: ref,T:   t,V:   v,})
		// 
}

Prometheus在add數據點的時候並沒有直接add到memSeries(也就是query所用到的結構體里),而是加入到一個臨時的samples切片裏面。同時還將這個數據點對應的memSeries同步增加到另一個sampleSeries裏面。

事務可見性

為什麼要這麼做呢？就是為了實現commit語義，只有commit過後數據才可見(能被查詢到)。否則，無法見到這些數據。而commit的動作主要就是WAL(Write Ahead Log)以及將headerAppender.samples數據寫到其對應的memSeries中。這樣，查詢就可見這些數據了，如下圖所示:

WAL

由於Prometheus最近的數據是保存在內存裏面的，未防止服務器宕機丟失數據。其在commit之前先寫了日誌WAL。等服務重啟的時候，再從WAL日誌裏面獲取信息並重放。

為了性能，Prometheus了另一個goroutine去做文件的sync操作，所以並不能保證WAL不丟。進而也不能保證監控數據完全不丟。這點也是監控業務的特性決定的。

寫入代碼為:

commit()
|=>
func (a *headAppender) log() error {
	......
	// 往WAL寫入對應的series信息
	if len(a.series) > 0 {
		rec = enc.Series(a.series, buf)
		buf = rec[:0]

		if err := a.head.wal.Log(rec); err != nil {
			return errors.Wrap(err, "log series")
		}
	}
	......
	// 往WAL寫入真正的samples
	if len(a.samples) > 0 {
		rec = enc.Samples(a.samples, buf)
		buf = rec[:0]

		if err := a.head.wal.Log(rec); err != nil {
			return errors.Wrap(err, "log samples")
		}
	}
}

對應的WAL日誌格式為:

Series records

┌────────────────────────────────────────────┐
│ type = 1 <1b>                              │
├────────────────────────────────────────────┤
│ ┌─────────┬──────────────────────────────┐ │
│ │ id <8b> │ n = len(labels) <uvarint>    │ │
│ ├─────────┴────────────┬─────────────────┤ │
│ │ len(str_1) <uvarint> │ str_1 <bytes>   │ │
│ ├──────────────────────┴─────────────────┤ │
│ │  ...                                   │ │
│ ├───────────────────────┬────────────────┤ │
│ │ len(str_2n) <uvarint> │ str_2n <bytes> │ │
│ └───────────────────────┴────────────────┘ │
│                  . . .                     │
└────────────────────────────────────────────┘

Sample records

┌──────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ type = 2 <1b>                                                    │
├──────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ ┌────────────────────┬───────────────────────────┐               │
│ │ id <8b>            │ timestamp <8b>            │               │
│ └────────────────────┴───────────────────────────┘               │
│ ┌────────────────────┬───────────────────────────┬─────────────┐ │
│ │ id_delta <uvarint> │ timestamp_delta <uvarint> │ value <8b>  │ │
│ └────────────────────┴───────────────────────────┴─────────────┘ │
│                              . . .                               │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────┘

見Prometheus WAL.md

落盤存儲

之前描述的所有數據都是寫到內存裏面。最終落地是通過compator routine將每兩個小時的數據打包到一個Blocks裏面。

具體可見筆者之前的博客《Prometheus時序數據庫-磁盤中的存儲結構》

總結

在這篇文章里，筆者詳細描述了Prometheus數據的插入過程。在下一篇文章裏面，筆者會繼續
闡述Prometheus數據的查詢過程。

Tags: Prometheus 數據庫時序數據庫