prometheus远程写参数优化

一、概述
二、远程写入特征
- 2.1 整体结构
- 2.2 重试机制
- 2.3 内存使用
三、参数
- 3.1 capacity
- 3.2 max_shards
- 3.3 min_shards
- 3.4 max_samples_per_send
- 3.5 batch_send_deadline
- 3.6 min_backoff
- 3.7 max_backoff

一、概述

prometheus可以通过远程存储来解决自身存储的瓶颈，所以其提供了远程存储接口，并可以通过过配置文件进行配置（prometheus.yml）。一般情况下我们使用其默认的配置参数，但是为了满足特定的应用场景需要对其进行优化，本章节介绍可通过远程写入配置使用的调整参数，如下所示：

 1 # The URL of the endpoint to send samples to.
 2 url: <string>
 3 
 4 # Timeout for requests to the remote write endpoint.
 5 [ remote_timeout: <duration> | default = 30s ]
 6 
 7 # List of remote write relabel configurations.
 8 write_relabel_configs:
 9   [ - <relabel_config> ... ]
10 
11 # Sets the `Authorization` header on every remote write request with the
12 # configured username and password.
13 # password and password_file are mutually exclusive.
14 basic_auth:
15   [ username: <string> ]
16   [ password: <string> ]
17   [ password_file: <string> ]
18 
19 # Sets the `Authorization` header on every remote write request with
20 # the configured bearer token. It is mutually exclusive with `bearer_token_file`.
21 [ bearer_token: <string> ]
22 
23 # Sets the `Authorization` header on every remote write request with the bearer token
24 # read from the configured file. It is mutually exclusive with `bearer_token`.
25 [ bearer_token_file: /path/to/bearer/token/file ]
26 
27 # Configures the remote write request's TLS settings.
28 tls_config:
29   [ <tls_config> ]
30 
31 # Optional proxy URL.
32 [ proxy_url: <string> ]
33 
34 # Configures the queue used to write to remote storage.
35 queue_config:
36   # Number of samples to buffer per shard before we block reading of more
37   # samples from the WAL. It is recommended to have enough capacity in each
38   # shard to buffer several requests to keep throughput up while processing
39   # occasional slow remote requests.
40   [ capacity: <int> | default = 500 ]
41   # Maximum number of shards, i.e. amount of concurrency.
42   [ max_shards: <int> | default = 1000 ]
43   # Minimum number of shards, i.e. amount of concurrency.
44   [ min_shards: <int> | default = 1 ]
45   # Maximum number of samples per send.
46   [ max_samples_per_send: <int> | default = 100]
47   # Maximum time a sample will wait in buffer.
48   [ batch_send_deadline: <duration> | default = 5s ]
49   # Initial retry delay. Gets doubled for every retry.
50   [ min_backoff: <duration> | default = 30ms ]
51   # Maximum retry delay.
52   [ max_backoff: <duration> | default = 100ms ]

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二、远程写入特征

我们本节主要探讨queue_config部分参数（其它参数比较简单，一看就知道什么意思，没有可优化的地方）。

2.1 整体结构

每个远程写入目标都会启动一个内存写队列（shards），这个队列从WAL中缓存数据（关于WAL可以参考存储部分：https://github.com/prometheus/prometheus/blob/master/docs/storage.md，原理类似于hbase中的WAL），通过队列去将指标数据写到有远程存储服务中,数据流如下所示：

1        |-->  queue (shard_1)   --> remote endpoint
2  WAL --|-->  queue (shard_...) --> remote endpoint
3        |-->  queue (shard_n)   --> remote endpoint

2.2 重试机制

这需要注意的是，当一个分片备份并填满队列时，Prometheus将阻止从WAL中读取数据到任何分片。（关于这点就涉及到对以上参数优化，后面参数capacity部分讲解）

远程端点写入失败会进行重试操作，并且保证数据不会丢失，除非远程端点保持关闭状态超过2小时，因为2小时后，WAL将被压缩，尚未发送的数据将丢失。重试时间见下面参数：min_backoff和max_backoff。

2.3 内存使用

使用远程写入会增加Prometheus的内存占用量。大多数用户报告的内存使用量增加了约25％，但这取决于数据的形状。对于WAL中的每个系列，远程写代码都会缓存系列ID到标签值的映射，从而显着增加内存使用率。

除了系列缓存之外，每个分片及其队列还会增加内存使用量。分片内存与number of shards * (capacity + max_samples_per_send)成正比。当进行优化调整时，请考虑减少max_shards增加的数量，同时提高capacity和max_samples_per_send参数的大小从而避免无意间耗尽内存。默认capacity和 max_samples_per_send的取值将使得每每个shard使用内存小于100kb。

三、参数

3.1 capacity

定义：每个内存队列（shard：分片）的容量。

一旦WAL被阻塞（造成阻塞的原因请看2.1），就无法将样本附加到任何分片，并且所有吞吐量都将停止。所以在大多数情况下，单个队列容量应足够打以避免阻塞其他分片，但是太大的容量可能会导致过多的内存消耗，并导致重新分片期间清除队列的时间更长。

容量建议：将容量设置为3-10倍max_samples_per_send。

3.2 max_shards

顾名思义，最大的分片数（即队列数），也可以理解为远程写的并行度。peometheus远程写的时候会使用所有的分片，只有在写队列落后于远程写的速度，使用的队列数会达到max_shards,目的在于提高远程写的吞吐量。

PS：在操作过程中，Prometheus将根据传入的采样率，未发送的未处理样本数以及发送每个样本所花费的时间，连续计算要使用的最佳分片数。（实际的分片数是动态调整的）

3.3 min_shards

最小分片配置Prometheus使用的最小分片数量，并且是远程写入开始时使用的分片数量。如果远程写入落后，Prometheus将自动扩大分片的数量，因此大多数用户不必调整此参数。但是，增加最小分片数将使Prometheus在计算所需分片数时避免在一开始就落后。

3.4 max_samples_per_send

定义：每次远程写发送的最大指标数量，即批处理；

这个值依赖于远程存储系统，对于一些系统而言，在没有显著增加延迟的情况下发送更多指标数据而运行良好，然而，对于另外一些系统而言，每次请求中发送大量指标数据可能导致其出现故障，使用的默认值是适用于绝大多数系统的。

3.5 batch_send_deadline

定义：单一分片批量发送指标数据的最大等待时间；

即使排队的分片尚未达到max_samples_per_send，也会发送请求。对于对延迟不敏感的小批量系统，可以增加批量发送的截止时间，以提高请求效率。

3.6 min_backoff

定义：远程写失败的最小等待时间；

min_backoff是第一次的重试等待时间，第二次等待时间是其2倍，以此类推，直到max_backoff的值；

3.7 max_backoff

定义：远程写失败的最大等待时间；

参考文档：https://prometheus.io/docs/practices/remote_write/