Prometheus 中 Gauge 指标：特点、操作函数及最佳实践

在 Prometheus 监控体系中，Gauge（仪表盘） 是用于衡量当前状态值 的指标类型，反映系统在某个时刻的即时状态。它与 Counter（计数器） 的区别在于：Gauge 的值可以上升、下降甚至重置，而 Counter 的值只能单调递增（除非重置）。

一、Gauge 指标的特点

1. 可变性

• • 值可以随时增加或减少，直接反映当前状态（如内存使用率、CPU 利用率、在线人数等）。

• • 示例：

node_memory_used_bytes  # 系统已用内存（字节）
process_open_fds        # 进程打开的文件描述符数量
http_inprogress_requests # 正在处理的 HTTP 请求数

2. 瞬时性

• • 每个样本值代表某一时刻的状态，不累计变化过程。

• • 例如：node_cpu_usage 表示当前 CPU 使用率，而非一段时间内的累计值。

3. 支持负值

• • 若指标状态下降，值可为负数（如释放内存时，node_memory_used_bytes 的变化量可能为负）。

二、常用 Gauge 指标操作函数

PromQL 提供多种函数处理 Gauge 指标，核心逻辑围绕变化量计算 和状态分析：

1. delta(v range-vector)

• 作用 ：计算区间内 Gauge 的净变化量（末端值 - 起始值），包含正负。(\text{delta}(v) = v_{\text{end}} - v_{\text{start}})

• 示例：

delta(node_memory_used_bytes[1h])  # 1小时内内存使用量的净变化（+增加，-减少）

2. rate(v range-vector)

• 作用 ：计算区间内 Gauge 变化的平均速率（净变化量 / 区间时长）。(\text{rate}(v) = \frac{v_{\text{end}} - v_{\text{start}}}{\text{区间秒数}})

• 示例：

rate(node_cpu_usage[5m])  # 5分钟内 CPU 使用率的平均变化速率

3. avg_over_time(v range-vector)

• 作用 ：计算区间内 Gauge 的平均值，反映一段时间内的平均状态。(\text{avg_over_time}(v) = \frac{\sum_{t \in \text{区间}} v_t}{\text{样本数}})

• 示例：

avg_over_time(node_memory_used_bytes[1d])  # 1天内内存使用量的平均值

4. max_over_time(v range-vector) / min_over_time(v range-vector)

• 作用 ：获取区间内 Gauge 的最大值 或最小值，用于监控峰值或低谷。

• 示例：

max_over_time(http_inprogress_requests[30m])  # 30分钟内同时处理的最大请求数

三、Gauge 与 Counter 的对比

特性	Gauge	Counter
值变化	可增、可减、可重置	仅增（允许重置为 0）
典型场景	内存、CPU、在线人数等状态	请求数、错误数、字节数等累计量
常用函数	delta、rate、avg	increase、rate
重置影响	直接反映新值（如重启后重置为初始值）	重置后需用 increase 忽略负值

四、Gauge 指标的使用最佳实践

1. 避免用于累计量统计

• • 若需统计累计量（如总请求数），应使用 Counter，而非通过 Gauge 的增量累加实现（可能因重置导致数据错误）。

2. 结合时间窗口分析

• • 单独的 Gauge 值仅反映瞬时状态，需结合 delta/rate 等函数分析趋势。

• • 示例：

# 分析 5 分钟内内存使用量的平均变化速率（单位：MB/分钟）
rate(node_memory_used_bytes[5m]) / 1024 / 1024

3. 监控阈值报警

• • 直接针对 Gauge 的当前值设置阈值（如内存使用率 > 80% 时报警）：

    node_memory_used_percent > 80

4. 处理异常波动

• • 若 Gauge 值频繁剧烈波动（如网络延迟），可通过 avg_over_time 平滑数据后再报警。

五、常见 Gauge 指标示例

指标名称	含义	单位
node_cpu_usage	CPU 使用率（0-100%）	%
node_memory_used_bytes	已用内存	字节
process_resident_memory_bytes	进程常驻内存	字节
http_response_time_seconds	HTTP 请求响应时间（瞬时值）	秒
active_connections	活跃连接数	个

总结

Gauge 是 Prometheus 中用于实时状态监控的核心指标类型，适用于需要反映当前值及其波动的场景。合理使用 delta、rate 等函数可有效分析其变化趋势，结合阈值报警能及时发现系统异常。与 Counter 的配合使用（如用 Counter 统计累计量，Gauge 监控实时状态）可构建完整的监控体系。