Dawid Dębowski是G2A.COM的软件工程师，也是Grafana Champion。他拥有计算机科学硕士学位，在可观测性领域主要关注PromQL和使用Grafana进行数据可视化。
你是否曾写出一条很棒的PromQL查询，期待得到需要的结果，运行后却只看到“No data”？如果遇到过，你可能掉进了PromQL向量匹配的陷阱。
本文概述PromQL中的向量，包括不同类型及其重要性，也会解释向量匹配，并使用Prometheus和Grafana逐步演示。
Prometheus向量概览
在Prometheus中，几乎每个查询都会返回一个向量，也就是一组时间序列数据点。它可以是即时向量（instant vector），也可以是区间向量（range vector）。
可以把即时向量理解为包含值与时间的一对(v1, t1)；区间向量则类似数组[(v1, t1), (v2, t2), (v3, t3), …]。每个向量还可以有标签，不同标签意味着不同向量。
还有标量（scalar）类型，它是单个浮点值，没有时间含义，例如v1。这些定义之所以重要，是因为存在二元运算：标量除以标量很容易，向量除以标量也容易——向量中每个元素的值都除以该标量。但向量除以向量呢？
PromQL中的算术二元运算只针对即时向量定义；尝试用一个区间向量除以另一个区间向量会报错。根据Prometheus文档，对两个即时向量执行二元运算，会对左侧向量的每个条目及其在右侧向量中的匹配元素应用运算符。
听起来复杂？下面通过示例说明。
设置环境
假设部署了一个收集宝可梦的简单应用。它暴露pokemon_caught_total指标，一个简单计数器，并带有表示宝可梦属性的type标签。我们使用Prometheus抓取指标，用Grafana可视化。
先运行简单查询pokemon_caught_total{type="water"}，显示应用从生命周期开始累计收集的水属性宝可梦数量。
可以看到，这是一个即时向量，处于某个时间点并有一个值。另一个快速查询显示，目前共捕获285只宝可梦。水属性约占总量的5.26%。
看看Prometheus会返回什么：
结果出乎意料。不过，我们忘记在除数外加sum了，补上应该可以！
仍然没有结果。究竟发生了什么？
向量匹配
Prometheus文档介绍了元素匹配规则。两个即时向量之间发生算术运算时，Prometheus比较它们的所有标签，尝试找到匹配项。未匹配的向量会从结果中丢弃。因此，第一个示例显示100%：Prometheus在两侧找到一个匹配项，它就是带有type=water标签的向量。
其余结果不匹配，所以被丢弃。这也解释了为什么第二个例子两侧都有数据，却返回No data：sum生成没有标签的向量，Prometheus无法让带标签的内容与无标签的内容匹配。
因此，对两个向量执行二元运算时，要特别注意：有时结果看起来正确，实际却不对，因为Prometheus没有匹配所有本应参与的向量。
解决方法
最简单的方法是让左右两侧向量具有相同标签。在计算水属性宝可梦占比的示例中，只需移除运算左侧的标签：
左侧已经查询了全部关注的宝可梦，所以也可以用sum跨序列求和。现在两侧都没有标签，Prometheus就能匹配它们。但如果希望绘制各种属性宝可梦占比的图表呢？
在聚合中使用分组，会让我们回到最初的问题：
如果希望在同一张图中比较数据，创建多张图表或使用Grafana变量也不合适。好在PromQL提供了两个允许不同标签集合匹配的关键字：on和ignoring。它们告诉Prometheus应基于哪些标签匹配，或匹配时应忽略哪些标签。
对于一对一匹配，即一侧每个向量恰好匹配另一侧的一个向量，只需在二元运算符后加入其中一个关键字。
回到计算水属性宝可梦占比的示例：
由于共同标签集合为空，我们告诉Prometheus按空标签集合进行on匹配。左侧恰好一个向量只匹配右侧一个向量，因此是一对一匹配，on关键字已经足够。
但如果要将左侧多个向量匹配到右侧一个向量呢？此时会出现错误：
这是多对一匹配：左侧多个向量匹配右侧一个向量。此时还必须通过group_left或group_right告诉Prometheus，哪一侧代表“多”，以及应从哪一侧保留标签。保留左侧标签时使用group_left，保留右侧标签时使用group_right：
现在得到了所有属性的占比。检查一下，水属性占比为5.26%，与前面计算一致。
结束语
现在你知道，向量之间的二元运算可能并不像表面看起来那么直接。如果希望进一步试验指标与宝可梦示例应用，可以访问GitHub仓库。
关于向量的更多信息见PromQL文档，算术运算逻辑在运算符文档中有详细介绍。本文示例可以很容易迁移到HTTP响应时间、HTTP状态码等真实场景，例如计算全部流量中错误状态码所占的比例。
感谢阅读与跟随示例！
原文：PromQL vector matching: what it is and how it affects your Prometheus queries，Dawid Dębowski，2024年12月14日，Grafana Labs。按转载授权汉化。8张查询截图来自原文；截图中的完整查询尚需验图提取，未运行这些查询。
暂无评论内容