实践背景
Prometheus 预聚合可以将频繁使用的、计算成本高昂的查询结果，提前计算好并保存为新的时间序列。当用户需要对复杂的聚合语句进行查询时，可以直接读取这个聚合后的指标数据，从而避免每次查询都进行原始数据的重复扫描和计算。
实践案例
某用户在进行业务迁移至腾讯云的过程中，需依托监控指标支持业务压测评估。但在使用 Grafana 查看监控面板过程中，反馈出现查询缓慢的问题。经协同排查，通过 Prometheus 预聚合能力有效优化了查询性能，提升用户体验。
用户有一个包含200个节点的 Kubernetes 集群，需要监控每个节点的 CPU 使用率，用户配置的原始查询语句如下：
sum(rate(node_cpu_seconds_total{cluster="$cluster",mode!="idle"}[1m])) by (cluster)
随着集群规模扩大，该查询出现了查询延迟高、Grafana 仪表盘加载慢的问题，尤其在查询时间范围扩大至24小时后，Grafana 仪表盘无法正常展示监控数据。
原查询计算过程分析
1. 原始数据获取：扫描所有满足
mode!="idle"的 node_cpu_seconds_total 时间序列，每次查询需加载1分钟的高基数原始数据。2. 实时计算：对每一时间序列实时计算 rate()（每秒增长率），并按 cluster 分组聚合（sum）。
该查询存在以下明显瓶颈：
计算开销高 ：每次查询均需扫描原始数据并实时计算 rate()。
内存占用大 ：需在内存中处理大量时间序列点，节点数量增多时尤为显著。
查询延迟显著 ：数据量增大导致响应变慢。
存储 I/O 压力大 ：频繁读取原始数据，影响其他查询操作。
预聚合方案设计
rules:- record: cluster:node_cpu_util:sumexpr: sum (1 - rate(node_cpu_seconds_total{mode="idle"}[1m])) by(cluster)
启用以上预聚合规则后，Prometheus 将定时执行预聚合规则，并将计算结果存储为新指标 cluster:node_cpu_util:sum，用户可直接使用以下简单语句进行查询：
cluster:node_cpu_util:sum{cluster="$cluster"}
对于 node_cpu_seconds_total 指标，mode 包含8个不同的维度，原始查询语句中的 mode != "idle" 需要把其它的维度的时间序列都查询出来进行计算，而预聚合规则中的 1 - {mode="idle"} 只需要查询包含这个标签的时间序列，在预聚合计算时的计算量也将大幅减少，同时也建议用户精简采集指标，减少不必要的指标数据在查询计算中的消耗。
性能对比
原始查询语句和通过预聚合规则查询的性能对比如下：
对比项 | 原始查询 | 预聚合查询 |
单次查询计算量 | 实时计算所有节点 CPU rate + 聚合 | 直接读取预聚合结果 |
查询延迟 | 依赖集群规模 | 恒定低延迟 |
内存占用 | 需加载所有节点1分钟原始数据 | 仅加载1个聚合值 |
存储 IO | 高频读取原始数据 | 仅读取预聚合结果 |
CPU 消耗 | 每次查询需完整计算 | 仅需1分钟1次计算 |
适用场景 | 临时排查/小规模集群 | 仪表盘/告警/大规模集群 |
查询面板配置建议
Prometheus 更适合短期、高频的指标查询（15 – 90 天）。若涉及高阶复杂分析，建议结合专门的数据分析/OLAP 系统。对于简单的长期趋势、同比环比报表，需避免直接堆叠原始指标，以减少查询成本和数据噪声。
面板设计
业务视角优先：按业务目标（如请求成功率、延迟、转化率）组织指标，而非以技术组件为单位。
总览 vs 细节：设置“总览面板”提供核心指标（2 – 3 个比率/趋势曲线），而“细节面板”用于下钻分析，避免使用复杂的变量。
减少噪音：避免在单个面板上堆砌大量相似曲线，突出核心指标的对比和趋势。
查询加速
聚合前移，分层聚合：先把离散维度（如 cluster、region）合并成更有业务意义的指标；查询时再逐级下钻，而不是在面板端动态拼装复杂聚合。
统一口径，核心指标优先：统一报表口径，优先使用“总量、比率、分位数”类指标，而非长时间原始计数曲线。同比/环比提供直观的性能和质量变化，避免依赖二次解读。
用少量清晰的组合性指标替代原始数据海洋；通过预聚合、统一口径和分层面板设计，保证长期趋势和同比/环比分析既直观又高效。
总结
对于监控仪表盘（Grafana 等需要高频刷新）、告警规则（需快速检测阈值）、超大规模集群（节点 > 50）和长期使用的核心指标，推荐用户提前配置预聚合规则，通过使用预聚合指标来提升查询性能，降低资源消耗，有效保障监控系统的稳定性和用户体验。
