Thanos：实现支持无限数据存储的可伸缩Prometheus

Improbable团队开源了Thanos，一组通过跨集群联合、跨集群无限存储和全局查询为Prometheus增加高可用性的组件。

Improbable部署了一个大型的Prometheus来监控他们的几十个Kubernetes集群。默认的Prometheus设置在查询历史数据、通过单个API调用进行跨分布式Prometheus服务器查询以及合并多个Prometheus数据方面存在困难。

高可用警报和联合部署是Prometheus现有的高可用特性。在联合部署中，全局Prometheus服务器可以在其他Prometheus服务器上聚合数据，这些服务区可能分布在多个数据中心。每台服务器只能看到一部分度量指标。为了处理每个数据中心的负载，可以在一个数据中心内运行多台Prometheus服务器，并进行水平分片。在分片设置中，从服务器获取数据的子集，并由主服务器对其进行聚合。在查询特定的服务器时，需要查询拼凑数据的特定从服务器。默认情况下，Prometheus存储15天的时间序列数据。为了无限期存储数据，Prometheus提供了一个远程端点，用于将数据写入另一个数据存储区。不过，在使用这种方法时，数据除重是个问题。其他解决方案（如Cortex）提供了一个远程写入端点和兼容的查询API，实现可伸缩的长期存储。

Thanos在每一台Prometheus服务器上运行一个边车组件，并提供了一个用于处理PromQL查询的中央Querier组件，因而在所有服务器之间引入了一个中央查询层。这些组件构成了一个Thanos部署，并基于memberlist gossip协议实现组件间通信。Querier可以水平扩展，因为它是无状态的，并且可充当智能逆向代理，将请求转发给边车，汇总它们的响应，并对PromQL查询进行评估。

Thanos通过使用后端的对象存储来解决数据保留问题。Prometheus在将数据写入磁盘时，边车的StoreAPI组件会检测到，并将数据上传到对象存储器中。Store组件还可以作为一个基于gossip协议的检索代理，让Querier组件与它进行通信以获取数据。

InfoQ采访了Improbable的软件工程师Bartłomiej Płotka，了解了更多关于Thanos如何执行查询的细节：

在Thanos中，查询的评估只在一个地方发生，也就是通过HTTP监听PromQL查询的地方。来自Prometheus 2.2.1的PromQL引擎用于评估查询，预测需要获取数据的时间序列和时间范围。我们使用基本的过滤器（基于时间范围和外部标签）过滤掉不会提供所需数据的StoreAPI（叶子），然后执行剩余的查询。然后将来自不同来源的数据按照时间顺序追加的方式合并在一起。

Querier组件可以基于用户规模自动调整密度（例如5分钟、1小时或24小时）。Thanos如何确定哪些API服务器持有所需的数据？Płotka解释说：

StoreAPI会对外公布外部标签及其持有数据的时间范围，所以我们可以对此进行基本过滤。但是，如果没有在查询中指定这些条件，Querier就会同时查询所有的StoreAPI服务器。此外，边车和存储的数据之间可能会有重复的结果，这种情况可能不容易避免。

StoreAPI组件了解Prometheus的数据格式，因此它可以优化查询执行计划，并缓存数据块的特定索引，以对用户查询做出足够快的响应，避免了缓存大量数据的必要。在使用Thanos边车的Prometheus高可用设置中，是否会有多个边车试图将相同的数据块上传到对象存储的问题？Płotka回应道：

我们通过为所有Prometheus+边车实例提供唯一的外部标签来解决这个问题。为了表明所有副本都存储相同的数据，它们只有标签是不一样的。例如：

First:

"cluster": "prod1"

"replica": "0"

Second:

"cluster":"prod1"

"replica": "1"

由于标签集是唯一的，所以不会有什么问题。不过，如果指定了副本，查询层可以在运行时通过“replica”标签进行除重操作。

图片来源: https://improbable.io/games/blog/thanos-prometheus-at-scale

Thanos还提供了时间序列数据的压缩和降采样（downsample）存储。Prometheus提供了一个内置的压缩​​模型，现有较小的数据块被重写为较大的数据块，并进行结构重组以提高查询性能。Thanos在Compactor组件（作为批次作业运行）中使用了相同的机制，并压缩对象存储数据。Płotka说，Compactor也对数据进行降采样，“目前降采样时间间隔不可配置，不过我们选择了一些合理的时间间隔——5分钟和1小时”。压缩也是其他时间序列数据库（如InfluxDB和OpenTSDB）的常见功能。

Thanos采用Go开发，托管在Github上。我们可以继续在可视化工具（如Grafana）上使用Thanos，就像现有的Prometheus插件一样，因为API是相同的。

查看英文原文：Thanos - a Scalable Prometheus With Unlimited Storage