使用 Grafana 监控 TiDB 的最佳实践

使用 TiDB Ansible 部署 TiDB 集群时，会同时部署一套 Grafana + Prometheus 的监控平台，用于收集和展示 TiDB 集群各个组件和机器的 metric 信息。本文主要介绍使用 TiDB 监控的最佳实践，旨在帮助 TiDB 用户高效利用丰富的 metric 信息来分析 TiDB 的集群状态或进行故障诊断。

监控架构

Prometheus 是一个拥有多维度数据模型和灵活查询语句的时序数据库。Grafana 是一个开源的 metric 分析及可视化系统。

TiDB 监控整体架构

从 TiDB 2.1.3 版本开始，监控采用 pull 的方式，而之前版本采用的是 push 的方式，这是一个非常好的调整，它有以下几个优点：

  • 如果 Prometheus 需要迁移，无需重启整个 TiDB 集群。调整前，因为组件要调整 push 的目标地址，迁移 Prometheus 需要重启整个集群。
  • 支持部署 2 套独立的 Grafana + Prometheus 的监控平台（非 HA），防止监控的单点。方法是使用 TiDB Ansible 用不同的 IP 各执行一次部署命令。
  • 去掉了 Pushgateway 这个单点组件。

监控数据的来源与展示

TiDB 的 3 个核心组件（TiDB server、TiKV server 和 PD server）可以通过 HTTP 接口来获取 metric 数据。这些 metric 均是从程序代码中上传的，默认端口如下：

组件 端口
TiDB server 10080
TiKV server 20181
PD server 2379

下面以 TiDB server 为例，展示如何通过 HTTP 接口查看一个语句的 QPS 数据：

  1. curl http://__tidb_ip__:10080/metrics |grep tidb_executor_statement_total
  1. # 可以看到实时 QPS 数据，并根据不同 type 对 SQL 语句进行了区分，value 是 counter 类型的累计值（科学计数法）。
  2. tidb_executor_statement_total{type="Delete"} 520197
  3. tidb_executor_statement_total{type="Explain"} 1
  4. tidb_executor_statement_total{type="Insert"} 7.20799402e+08
  5. tidb_executor_statement_total{type="Select"} 2.64983586e+08
  6. tidb_executor_statement_total{type="Set"} 2.399075e+06
  7. tidb_executor_statement_total{type="Show"} 500531
  8. tidb_executor_statement_total{type="Use"} 466016

这些数据会存储在 Prometheus 中，然后在 Grafana 上进行展示。在面板上点击鼠标右键会出现 Edit 按钮（或直接按 E 键），如下图所示：

Metrics 面板的编辑入口

点击 Edit 按钮之后，在 Metrics 面板上可以看到利用该 metric 的 query 表达式。面板上一些细节的含义如下：

  • rate[1m]：表示 1 分钟的增长速率，只能用于 counter 类型的数据。
  • sum：表示 value 求和。
  • by type：表示将求和后的数据按 metric 原始值中的 type 进行分组。
  • Legend format：表示指标名称的格式。
  • Resolution：默认打点步长是 15s，Resolution 表示是否将多个样本数据合并成一个点。

Metrics 面板中的表达式如下：

Metric 面板中的表达式

Prometheus 支持很多表达式与函数，更多表达式请参考 Prometheus 官网页面。

Grafana 使用技巧

本小节介绍高效利用 Grafana 监控分析 TiDB 指标的七个技巧。

技巧 1：查看所有维度并编辑表达式

在监控数据的来源与展示一节的示例中，数据是按照 type 进行分组的。如果你想知道是否还能按其它维度分组，并快速查看还有哪些维度，可采用以下技巧：在 query 的表达式上只保留指标名称，不做任何计算，Legend format 也留空。这样就能显示出原始的 metric 数据。比如，下图能看到有 3 个维度（instance、job 和 type）：

编辑表达式并查看所有维度

然后调整表达式，在原有的 type 后面加上 instance 这个维度，在 Legend format 处增加 {{instance}}，就可以看到每个 TiDB server 上执行的不同类型 SQL 语句的 QPS 了。如下图所示：

给表达式增加一个 instance 维度

技巧 2：调整 Y 轴标尺的计算方式

以 Query Duration 指标为例，默认的比例尺采用 2 的对数计算，显示上会将差距缩小。为了观察到明显的变化，可以将比例尺改为线性，从下面两张图中可以看到显示上的区别，明显发现那个时刻有个 SQL 语句运行较慢。

当然也不是所有场景都适合用线性，比如观察 1 个月的性能趋势，用线性可能就会有很多噪点，不好观察。

标尺默认的比例尺为 2 的对数：

标尺默认的比例尺为 2 的对数

将标尺的比例尺调整为线性：

调整标尺的比例尺为线性

建议：

结合技巧 1，会发现这里还有一个 sql_type 的维度，可以立刻分析出是 SELECT 慢还是 UPDATE 慢；并且可以分析出是哪个 instance 上的语句慢。

技巧 3：调整 Y 轴基线，放大变化

有时已经用了线性比例尺，却还是看不出变化趋势。比如下图中，在扩容后想观察 Store size 的实时变化效果，但由于基数较大，观察不到微弱的变化。这时可以将 Y 轴最小值从 0 改为 auto，将上部放大。观察下面两张图的区别，可以看出数据已开始迁移了。

基线默认为 0：

基线默认为 0

将基线调整为 auto：

调整基线为 auto

技巧 4：标尺联动

在 Settings 面板中，有一个 Graph Tooltip 设置项，默认使用 Default。

图形展示工具

下面将图形展示工具分别调整为 Shared crosshair 和 Shared Tooltip 看看效果。可以看到标尺能联动展示了，方便排查问题时确认 2 个指标的关联性。

将图形展示工具调整为 Shared crosshair：

调整图形展示工具为 Shared crosshair

将图形展示工具调整为 Shared Tooltip：

调整图形展示工具为 Shared Tooltip

技巧 5：手动输入 ip:端口号 查看历史信息

PD 的 dashboard 只展示当前 leader 的 metric 信息，而有时想看历史上 PD leader 当时的状况，但是 instance 下拉列表中已不存在这个成员了。此时，可以手动输入 ip:2379 来查看当时的数据。

查看历史 metric 信息

技巧 6：巧用 Avg 函数

通常默认图例中只有 Max 和 Current 函数。当指标波动较大时，可以增加 Avg 等其它汇总函数的图例，来看一段时间的整体趋势。

增加 Avg 等汇总函数：

增加 Avg 等汇总函数

然后查看整体趋势：

增加 Avg 函数查看整体趋势

技巧 7：使用 Prometheus 的 API 接口获得表达式的结果

Grafana 通过 Prometheus 的接口获取数据，你也可以用该接口来获取数据，这个用法还可以衍生出许多功能：

  • 自动获取集群规模、状态等信息。
  • 对表达式稍加改动给报表提供数据，如统计每天的 QPS 总量、每天的 QPS 峰值和每天的响应时间。
  • 将重要的指标进行定期健康巡检。

Prometheus 的 API 接口如下：

Prometheus 的 API 接口

  1. curl -u user:pass 'http://__grafana_ip__:3000/api/datasources/proxy/1/api/v1/query_range?query=sum(tikv_engine_size_bytes%7Binstancexxxxxxxxx20181%22%7D)%20by%20(instance)&start=1565879269&end=1565882869&step=30' |python -m json.tool
  1. {
  2.     "data": {
  3.         "result": [
  4.             {
  5.                 "metric": {
  6.                     "instance": "xxxxxxxxxx:20181"
  7.                 },
  8.                 "values": [
  9.                     [
  10.                         1565879269,
  11.                         "1006046235280"
  12.                     ],
  13.                     [
  14.                         1565879299,
  15.                         "1006057877794"
  16.                     ],
  17.                     [
  18.                         1565879329,
  19.                         "1006021550039"
  20.                     ],
  21.                     [
  22.                         1565879359,
  23.                         "1006021550039"
  24.                     ],
  25.                     [
  26.                         1565882869,
  27.                         "1006132630123"
  28.                     ]
  29.                 ]
  30.             }
  31.         ],
  32.         "resultType": "matrix"
  33.     },
  34.     "status": "success"
  35. }

总结

Grafana + Prometheus 监控平台是一套非常强大的组合工具，用好这套工具可以为分析节省很多时间，提高效率，更重要的是，我们可以更容易发现问题。在运维 TiDB 集群，尤其是数据量大的情况下，这套工具能派上大用场。