Prometheus云原生监控：运维与开发实战
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4.2.1　匹配器

匹配器是作用于标签上的，标签匹配器可以对时间序列进行过滤，Prometheus支持完全匹配和正则匹配两种模式。

1.相等匹配器（=）

相等匹配器（Equality Matcher），用于选择与提供的字符串完全相同的标签。下面介绍的例子中就会使用相等匹配器按照条件进行一系列过滤。

http_requests_total{job="HelloWorld",status="200",method="POST",handler="/api/
  comments"}

需要注意的是，如果标签为空或者不存在，那么也可以使用Label=""的形式。对于不存在的标签，比如demo标签，图4-7所示的go_gc_duration_seconds_count和图4-8所示的go_gc_duration_seconds_count{demo=""}效果其实是一样的。

图4-7　go_gc_duration_seconds_count

图4-8　go_gc_duration_seconds_count{demo=""}

2.不相等匹配器（！=）

不相等匹配器（Negative Equality Matcher），用于选择与提供的字符串不相同的标签。它和相等匹配器是完全相反的。举个例子，如果想要查看job并不是HelloWorld的HTTP请求总数，可以使用如下不相等匹配器。

http_requests_total{job!="HelloWorld"}

3.正则表达式匹配器（=~）

正则表达式匹配器（Regular Expression Matcher），用于选择与提供的字符串进行正则运算后所得结果相匹配的标签。Prometheus的正则运算是强指定的，比如正则表达式a只会匹配到字符串a，而并不会匹配到ab或者ba或者abc。如果你不想使用这样的强指定功能，可以在正则表达式的前面或者后面加上“.*”。比如下面的例子表示job是所有以Hello开头的HTTP请求总数。

http_requests_total{job=~"Hello.*"}

http_requests_total直接等效于{__name__="http_requests_total"}，后者也可以使用和前者一样的4种匹配器（=，！=，=~，！~）。比如下面的案例可以表示所有以Hello开头的指标。

{__name__=~"Hello.*"}

如果想要查看job是以Hello开头的，且在生产（prod）、测试（test）、预发布（pre）等环境下响应结果不是200的HTTP请求总数，可以使用这样的方式进行查询。

http_requests_total{job=~"Hello.*",env=~"prod|test|pre",code!="200"}

由于所有的PromQL表达式必须至少包含一个指标名称，或者至少有一个不会匹配到空字符串的标签过滤器，因此结合Prometheus官方文档，可以梳理出如下非法示例。

{job=~".*"} # 非法！
{job=""}    # 非法！
{job!=""}   # 非法！

相反，如下表达式是合法的。

{job=~".+"}               # 合法！.+表示至少一个字符
{job=~".*",method="get"}  # 合法！.*表示任意一个字符
{job="",method="post"}    # 合法！存在一个非空匹配
{job=~".+",method="post"} # 合法！存在一个非空匹配

4.正则表达式相反匹配器（！~）

正则表达式相反匹配器（Negative Regular Expression Matcher），用于选择与提供的字符串进行正则运算后所得结果不匹配的标签。因为PromQL的正则表达式基于RE2的语法，但是RE2不支持向前不匹配表达式，所以！~的出现是作为一种替代方案，以实现基于正则表达式排除指定标签值的功能。在一个选择器当中，可以针对同一个标签来使用多个匹配器。比如下面的例子，可以实现查找job名是node且安装在/prometheus目录下，但是并不在/prometheus/user目录下的所有文件系统并确定其大小。

node_filesystem_size_bytes{job="node",mountpoint=~"/prometheus/.*", mountpoint!~
  "/prometheus/user/.*"}

PromQL采用的是RE2[1]引擎，支持正则表达式。RE2来源于Go语言，它被设计为一种线性时间的模式，非常适合用于PromQL这种时间序列的方式。但是就像我们前文描述的RE2那样，其不支持向前不匹配表达式（向前断言），也不支持反向引用，同时还缺失很多高级特性。

思考拓展

=、！=、=~、！~这4个匹配器在实战中非常有用，但是如果频繁为标签施加正则匹配器，比如HTTP状态码有1xx、2xx、3xx、4xx、5xx，在统计所有返回值是5xx的HTTP请求时，PromQL语句就会变成http_requests_total{job="HelloWorld"，status=~"500"，status=~"501"，status=~"502"，status=~"503"，status=~"504"，status=~"505"，status=~"506"…}

但是，我们都知道5xx代表服务器错误，这些状态代码表示服务器在尝试处理请求时发生了内部错误。这些错误可能来自服务器本身，而不是请求。

1）500：服务器遇到错误，无法完成请求（服务器内部错误）。

2）501：服务器不具备完成请求的功能。例如，当服务器无法识别请求方法时可能会返回此代码（尚未实施）。

3）502：服务器作为网关或代理，从上游服务器收到无效响应（错误网关）。

4）503：服务器目前无法使用（由于超载或停机维护），通常只是暂时状态（服务不可用）。

5）504：服务器作为网关或代理，但是没有及时从上游服务器收到请求（网关超时）。

6）505：服务器不支持请求中所用的HTTP协议版本（HTTP版本不受支持）。

7）506：由《透明内容协商协议》（RFC 2295）扩展而来，代表服务器存在内部配置错误。

8）507：服务器无法存储完成请求所必需的内容。这个状况被认为是临时的。

9）509：服务器达到带宽限制。这不是一个官方的状态码，但是仍被广泛使用。

10）510：获取资源所需要的策略并没有被满足。

为了消除这样的错误，可以进行如下优化。

优化一　多个表达式之间使用“|”进行分割：http_requests_total{job="HelloWorld"，status=~"500|501|502|503|504|505|506|507|509|510"}。

优化二　将这些返回值包装为5xx，这样就可以直接使用正则表达式匹配器对http_requests_total{job="HelloWorld"，status=~"5xx"}进行优化。

优化三　如果要选择不以4xx开头的所有HTTP状态码，可以使用http_requests_total{status！~"4.."}。

[1] RE2：https://github.com/google/re2/wiki/Syntax。

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