1. Prometheus内部存储机制

Prometheus内置了一个本地的时间序列数据库，通过该数据库进行样本数据的存储，这种设计方式较大地简化了产品部署与管理的复杂性。 从2.x版本开始，Prometheus采用了更加高效的存储机制。

系统采集的样本数据会按照两个小时为一个时间窗口，将期间产生的数据存储在一个块（Block）中，每个块目录包含该时间窗口内所有的样本数据（chunks），一个元数据文件（meta.json）和一个索引文件（index)。 当通过API删除时间序列指标时，删除记录会存储在单独的墓碑（tombstone ）文件中，而不会立即从文件中删除。

1.1 存储目录

drwxr-xr-x 3 nobody nobody    68 1月  13 16:09 01JHFBCBQH9004292MCHCCGFTH # 块目录
drwxr-xr-x 2 nobody nobody    20 1月  13 16:32 chunks_head
-rw-r--r-- 1 nobody nobody 20001 1月  15 16:43 queries.active
drwxr-xr-x 3 nobody nobody    81 1月  15 16:43 wal

drwxr-xr-x 3 nobody nobody    68 1月  13 16:09 01JHFBCBQH9004292MCHCCGFTH # 块目录
drwxr-xr-x 2 nobody nobody    20 1月  13 16:32 chunks_head
-rw-r--r-- 1 nobody nobody 20001 1月  15 16:43 queries.active
drwxr-xr-x 3 nobody nobody    81 1月  15 16:43 wal

参数	描述
01JHFBCBQH9004292MCHCCGFTH	块目录，这个会随着量，而变多
queries.active
chunks_head
wal	预写日志

• 块目录-01JHFBCBQH9004292MCHCCGFTH

drwxr-xr-x 2 nobody nobody     20 1月  13 16:09 chunks
-rw-r--r-- 1 nobody nobody 251082 1月  13 16:09 index
-rw-r--r-- 1 nobody nobody    277 1月  13 16:09 meta.json
-rw-r--r-- 1 nobody nobody      9 1月  13 16:09 tombstones

drwxr-xr-x 2 nobody nobody     20 1月  13 16:09 chunks
-rw-r--r-- 1 nobody nobody 251082 1月  13 16:09 index
-rw-r--r-- 1 nobody nobody    277 1月  13 16:09 meta.json
-rw-r--r-- 1 nobody nobody      9 1月  13 16:09 tombstones

参数	描述
chunks	样本数据
index	索引文件
meta.json	元数据文件
tombstones	墓碑文件

在当前时间窗口内正在收集的样本数据，则会被Prometheus保存到内存中。同时 ，为了确保系统在出现意外崩溃后数据依然能够恢复，Prometheus会通过预写日志（WAL)的方式进行临时保存，在重新启动后会从WAL目录进行加载，从而恢复数据。预写日志以128MB 的段存储在WAL目录中，这些文件包含尚未压缩的原始数据，因此你会看到它们将明显大于块文件。

• wal目录

-rw-r--r-- 1 nobody nobody 360448 1月  13 18:16 00000090
-rw-r--r-- 1 nobody nobody      0 1月  15 16:43 00000091
-rw-r--r-- 1 nobody nobody  32768 1月  15 16:43 00000092
-rw-r--r-- 1 nobody nobody 226044 1月  15 16:47 00000093
drwxr-xr-x 2 nobody nobody     22 1月  15 16:43 checkpoint.00000089

-rw-r--r-- 1 nobody nobody 360448 1月  13 18:16 00000090
-rw-r--r-- 1 nobody nobody      0 1月  15 16:43 00000091
-rw-r--r-- 1 nobody nobody  32768 1月  15 16:43 00000092
-rw-r--r-- 1 nobody nobody 226044 1月  15 16:47 00000093
drwxr-xr-x 2 nobody nobody     22 1月  15 16:43 checkpoint.00000089

通过时间窗口的方式保存样本数据，可以较好地提升Prometheus的查询效率，当系统查询一段时间范围内所有的样本数据时，只需要简单的从落在该范围内的块中查询数据即可。同时，这种方式也可以简化历史数据的删除逻辑，当一个块的时间范围超过需要保留的范围后，直接清理该块即可。

2. Prometheus容量管理

对Prometheus的容量来进行评估

按照官方数据，每个样本指标平均占用存储空间为1-2 字节，我们通过下面的公式可对总容量进行粗略的计算：

needed_disk_space = retention_time_seconds * ingested_samples_per_second * bytes_per_sample

参数	说明
retention_time_seconds	为数据保留时间范围内的总时间数
ingested_samples_per_second	为平均每秒获取的指标数量
bytes_per_sample	每条样本数据占用的空间大小，此处取2 字节

ingested_samples_per_second的数量可以采用下面的PromQL表达式获取，该表达式会计算出最近5分钟平均每秒获取的样本数量

rate(prometheus_tsdb_head_samples_appended_total[5m])

假设系统平均每秒获取的指标数量为10万个，按照默认样本保留 15天计算，那么需要的空间至少为259G。

（3600*24*15）* 100000 * 2 ≈ 259G