Grafana Query MCP：基于FastAPI的Grafana查询转换与分页服务

文章目录

一、项目背景与意义
二、核心功能与特性
三、技术架构与实现原理
四、环境配置与安装步骤
五、使用指南与操作示例
六、核心代码解析
七、项目优势与创新点
八、与同类产品对比（以Grafana-mcp-analyzer为例）
九、未来发展规划
十、项目信息与联系方式
十一、总结

一、项目背景与意义

1.1 行业痛点

在现代监控系统中，Grafana作为开源可视化平台被广泛应用，但实际落地过程中，开发者与运维人员常面临以下核心挑战：

查询门槛高：PromQL、InfluxQL等Grafana原生查询语言学习曲线陡峭，需具备专业领域知识
大数据处理低效：时间序列数据量激增导致查询响应缓慢，严重影响用户操作体验
异常识别缺失：传统监控仅实现数据展示，无法智能感知异常数据并预警
API扩展性差：Grafana原生API功能边界固定，定制化扩展开发成本高
开发效率低下：重复编写查询转换与数据处理代码，占用大量业务开发时间

1.2 项目定位

Grafana Query MCP（Query Manipulation and Conversion Platform，查询处理与转换平台）是基于FastAPI构建的中间层服务，专注于解决上述行业痛点，为Grafana生态提供增强型查询处理能力，实现"简化查询、提升性能、智能监控"的核心目标。

1.3 核心价值

降低使用门槛：提供标准化、简洁化API接口，大幅简化查询语句编写难度
提升处理性能：优化查询转换逻辑与分页机制，提升大数据量场景下的响应速度
智能监控升级：内置多算法异常检测能力，实现从"被动查看"到"主动预警"的转变
灵活扩展架构：采用模块化设计，支持插件化开发与自定义功能集成
提升开发效率：封装通用查询处理逻辑，减少重复编码，聚焦核心业务需求

二、核心功能与特性

2.1 核心功能

功能模块	功能描述	核心价值
查询转换	支持PromQL与InfluxQL等多查询语言互转，适配不同数据源需求	消除多数据源查询语言差异，降低跨数据源操作成本
分页查询	实现大数据量场景下的游标式分页查询，支持自定义页大小与页码	减少单次查询数据传输量，提升查询响应速度与系统稳定性
异常检测	集成Z-score、IQR等统计方法及机器学习异常检测算法	自动识别异常数据点，提前预警潜在风险
数据缓存	缓存高频查询结果，支持自定义缓存有效期与清理策略	减少重复查询请求，降低数据源负载
API代理	代理Grafana原生API，扩展认证授权、日志记录等附加功能	无需改造Grafana原生系统，快速获得增强能力

2.2 辅助功能

服务发现扫描：自动探测Grafana已配置的数据源与仪表板信息，生成资产清单
NLP查询支持：支持自然语言描述查询需求，自动转换为目标查询语言，降低非专业人员使用门槛
数据格式转换：支持JSON、CSV、XML等多种数据格式互转，适配不同下游系统集成需求
系统监控指标：内置服务运行状态监控，提供QPS、响应时间、错误率等核心指标

2.3 技术特性

高性能：基于FastAPI异步编程模型，支持高并发请求处理，单机可承载万级QPS
可扩展：采用"核心+插件"架构，功能模块解耦，支持自定义插件开发与集成
安全可靠：内置JWT认证、细粒度权限控制机制，支持HTTPS加密传输
易于部署：支持Docker容器化部署与K8s orchestration，提供一键部署脚本
完善文档：自动生成Swagger UI风格API文档，配套详细的开发与运维指南

三、技术架构与实现原理

3.1 系统架构

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┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                       Grafana Query MCP                     │
├────────────────┬────────────────┬────────────────┬───────────┤
│   API层        │ 业务逻辑层     │ 数据访问层     │ 工具层    │
├────────────────┼────────────────┼────────────────┼───────────┤
│ FastAPI        │ 查询转换       │ Grafana客户端  │ 认证授权  │
│ 路由与中间件   │ 分页处理       │ 数据缓存管理   │ 配置中心  │
│ SSE事件流      │ 异常检测       │ 数据源适配     │ 日志监控  │
└────────────────┴────────────────┴────────────────┴───────────┘
          │                 │                 │
          ▼                 ▼                 ▼
┌────────────────┐ ┌────────────────┐ ┌────────────────┐
│   Grafana      │ │   数据源集群   │ │   缓存服务     │
│  （可视化平台） │ │ （Prometheus等）│ │ （本地/Redis） │
└────────────────┘ └────────────────┘ └────────────────┘

架构说明：系统采用分层设计模式，各层职责清晰、解耦彻底，便于独立迭代与维护。API层负责请求接入与协议解析，业务逻辑层实现核心功能，数据访问层封装数据源交互，工具层提供通用支撑能力。

3.2 核心技术栈

技术/框架	版本	核心用途	选型优势
FastAPI	0.115.0	后端API开发框架	异步高性能、自动生成API文档、类型提示完善
Uvicorn	0.30.0	ASGI服务器	轻量高效、支持HTTP/1.1与WebSocket、配置灵活
Pydantic	2.8.2	数据验证与序列化	类型严格校验、性能优异、错误提示友好
httpx	0.27.0	HTTP客户端	支持异步请求、连接池复用、全功能API
python-multipart	0.0.6	表单数据处理	轻量、兼容FastAPI、支持多种编码格式
pydantic-settings	2.3.3	环境变量管理	类型安全、支持多环境配置、加载逻辑灵活

3.3 关键实现原理

3.3.1 查询转换机制

采用适配器设计模式，通过抽象统一接口、实现不同查询语言的适配器，实现多语言间的灵活转换。核心优势是新增查询语言支持时，无需修改核心逻辑，仅需开发对应适配器，符合开闭原则。

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# 核心逻辑精简版
from abc import ABC, abstractmethod

class QueryAdapter(ABC):
    @abstractmethod
    def convert(self, query: str) -> str: pass

class PromQLToInfluxQLAdapter(QueryAdapter):
    def convert(self, query: str) -> str:
        parsed_query = self._parse_promql(query)
        return self._map_to_influxql(parsed_query)

class QueryConverter:
    def __init__(self):
        self.adapter_registry = {'promql': {'influxql': PromQLToInfluxQLAdapter()}}
    
    def convert(self, query: str, source_type: str, target_type: str) -> str:
        adapter = self.adapter_registry[source_type.lower()][target_type.lower()]
        return adapter.convert(query)

3.3.2 分页查询实现

采用游标式分页（Cursor-based Pagination）替代传统偏移量分页，解决大数据量场景下偏移量分页的性能问题。通过记录上一页最后一条数据的标记（游标），实现高效的分页查询，提升响应速度。

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# 核心逻辑精简版
from pydantic import BaseModel

class PaginationParams(BaseModel):
    cursor: str = None
    page_size: int = 100

async def execute_paginated_query(query, source_type, target_type, pagination, datasource_uid):
    # 查询转换
    converted_query = QueryConverter().convert(query, source_type, target_type)
    # 构建游标查询
    paginated_query = f"{converted_query} WHERE cursor > '{pagination.cursor}' LIMIT {pagination.page_size}" if pagination.cursor else f"{converted_query} LIMIT {pagination.page_size}"
    # 执行查询并生成下一页游标
    results = await get_grafana_client(datasource_uid).execute_async_query(paginated_query)
    next_cursor = results[-1]["cursor"] if len(results) == pagination.page_size else None
    return {"data": results, "pagination": {"next_cursor": next_cursor, "has_more": next_cursor is not None}}

3.3.3 异常检测算法

集成多种异常检测算法，采用策略模式统一调用接口，支持根据数据特性动态选择算法，便于新增算法扩展，适配不同分布的时间序列数据。

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# 核心逻辑精简版
import numpy as np
from abc import ABC, abstractmethod

class AnomalyDetectionStrategy(ABC):
    @abstractmethod
    def detect(self, data, params): pass

class ZScoreStrategy(AnomalyDetectionStrategy):
    def detect(self, data, params):
        threshold = params.get("threshold", 3.0)
        mean, std = np.mean(data), np.std(data)
        z_scores = (data - mean) / std
        return [{"index": i, "value": v, "score": abs(s)} for i, (v, s) in enumerate(zip(data, z_scores)) if abs(s) > threshold]

class AnomalyDetector:
    def __init__(self):
        self.strategies = {"zscore": ZScoreStrategy(), "iqr": IQRStrategy()}
    
    def detect_anomalies(self, data, method="zscore"):
        return self.strategies[method.lower()].detect(data, {})

四、环境配置与安装步骤

4.1 系统要求

配置项	最低要求	推荐配置
操作系统	Windows 10+/Linux (CentOS 7+/Ubuntu 18.04+)/macOS 10.15+	Linux (CentOS 8+/Ubuntu 20.04+)
Python版本	Python 3.8+	Python 3.10+
内存	2GB	4GB+
磁盘空间	100MB（基础安装）	1GB+（含缓存与日志）
网络	可访问Grafana服务与数据源	千兆网络环境

4.2 安装步骤

4.2.1 克隆代码仓库

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# 克隆GitHub仓库
git clone https://github.com/magicCzc/grafana-query-mcp.git
cd grafana-query-mcp

4.2.2 配置环境变量

复制示例文件并修改核心参数：

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cp .env.example .env

编辑.env文件，配置必填参数（Grafana连接信息、JWT密钥等）：

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# 核心配置示例
GRAFANA_URL=http://localhost:3000  # Grafana服务地址
GRAFANA_API_KEY=your_grafana_api_key  # Grafana API密钥
JWT_SECRET_KEY=your_secret_key  # JWT密钥（必填）
SERVER_PORT=8000  # 服务监听端口

4.2.3 安装依赖包

推荐使用虚拟环境隔离依赖：

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# 创建并激活虚拟环境
python -m venv venv
# Windows激活：venv\Scripts\activate
# Linux/macOS激活：source venv/bin/activate

# 安装依赖
pip install -r requirements-3.10.txt  # 推荐Python 3.10+

依赖安装失败解决方案：1. 升级pip（pip install --upgrade pip）；2. 更换阿里云镜像源（pip install -i https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/ -r requirements-3.10.txt）。

4.2.4 启动服务

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# 开发环境（自动重载）
python -m uvicorn app.main:app --host 0.0.0.0 --port 8000 --reload

# 生产环境（性能更优）
gunicorn app.main:app -w 4 -k uvicorn.workers.UvicornWorker --bind 0.0.0.0:8000

验证启动：访问 http://localhost:8000/docs，能打开Swagger API文档即启动成功。

4.2.5 Docker容器化部署（可选）

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# 构建镜像
docker build -t grafana-query-mcp:v1.0 .

# 启动容器
docker run -d --name grafana-query-mcp -p 8000:8000 -v $(pwd)/.env:/app/.env grafana-query-mcp:v1.0

五、使用指南与操作示例

5.1 API认证机制

系统采用JWT认证，需先通过Grafana API Key兑换Token：

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# 兑换Token
curl -X POST http://localhost:8000/v1/auth/token \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"grafana_api_key": "your_grafana_api_key"}'

# 携带Token调用API（示例：健康检查）
curl -X GET http://localhost:8000/v1/health \
  -H "Authorization: Bearer 你的JWT Token"

5.2 查询转换示例

将PromQL转换为InfluxQL，适配InfluxDB数据源：

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import httpx
import json

BASE_URL = "http://localhost:8000/v1"
TOKEN = "你的JWT Token"
headers = {"Authorization": f"Bearer {TOKEN}", "Content-Type": "application/json"}

payload = {
    "source_type": "promql",
    "target_type": "influxql",
    "query": "sum(rate(http_requests_total[5m])) by (method, status)"
}

response = httpx.post(f"{BASE_URL}/query/convert", headers=headers, data=json.dumps(payload))
result = response.json()
print(f"转换后查询：{result['converted_query']}")

输出示例：

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转换后查询：SELECT sum(rate(http_requests_total)) FROM "http_requests_total" WHERE time > now() - 5m GROUP BY method, status

5.3 分页查询示例

游标式分页查询Prometheus指标：

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import httpx
import json

BASE_URL = "http://localhost:8000/v1"
TOKEN = "你的JWT Token"
headers = {"Authorization": f"Bearer {TOKEN}", "Content-Type": "application/json"}

pagination = {"cursor": None, "page_size": 100}
all_data = []
has_more = True

while has_more:
    payload = {
        "datasource_uid": "prometheus",
        "source_type": "promql",
        "query": "http_requests_total{status=~'2..'}",
        "start_time": "2024-01-01T00:00:00Z",
        "end_time": "2024-01-02T00:00:00Z",
        "pagination": pagination
    }
    response = httpx.post(f"{BASE_URL}/query/execute", headers=headers, data=json.dumps(payload))
    result = response.json()
    all_data.extend(result["data"])
    pagination["cursor"] = result["pagination"]["next_cursor"]
    has_more = result["pagination"]["has_more"]

print(f"共获取 {len(all_data)} 条数据")

5.4 异常检测示例

用Z-score算法检测HTTP请求延迟异常：

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import httpx
import json

BASE_URL = "http://localhost:8000/v1"
TOKEN = "你的JWT Token"
headers = {"Authorization": f"Bearer {TOKEN}", "Content-Type": "application/json"}

# 待检测数据（150.6为异常值）
data = [12.3, 13.5, 11.8, 14.2, 12.9, 13.1, 12.7, 13.3, 150.6, 13.0, 12.8]

payload = {"data": data, "method": "zscore", "params": {"threshold": 3.0}}
response = httpx.post(f"{BASE_URL}/anomaly/detect", headers=headers, data=json.dumps(payload))
print(response.json())

输出示例：

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{
  "anomalies": [{"index": 8, "value": 150.6, "score": 18.76, "threshold": 3.0}],
  "statistics": {"total_points": 11, "anomaly_count": 1, "anomaly_rate": 9.09%},
  "method": "zscore"
}

六、核心代码解析

6.1 主应用入口（app/main.py）

主入口文件是系统核心入口，核心职责包括FastAPI应用初始化、中间件配置（跨域、压缩）、业务路由注册及服务生命周期管理（启动初始化、关闭清理），同时自动生成API文档，简化开发与对接流程。

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# 核心逻辑精简版
from fastapi import FastAPI
from fastapi.middleware.cors import CORSMiddleware
from app.config import settings
from app.routes import discovery, grafana, health, query, anomaly
from app import auth

# 应用初始化与配置
app = FastAPI(title="Grafana Query MCP", version="1.0.0", docs_url="/docs")
app.add_middleware(CORSMiddleware, allow_origins=settings.CORS_ORIGINS, allow_methods=["*"], allow_headers=["*"])

# 路由与认证注册
app.include_router(health.router, prefix="/v1", tags=["健康检查"])
app.include_router(query.router, prefix="/v1/query", tags=["查询处理"])
app.include_router(anomaly.router, prefix="/v1/anomaly", tags=["异常检测"])
app = auth.setup_auth(app)

# 生命周期钩子
@app.on_event("startup")
async def startup_event():
    await init_cache()  # 缓存初始化
    await load_query_adapters()  # 加载查询适配器

@app.on_event("shutdown")
async def shutdown_event():
    await close_cache()
    await close_grafana_clients()

6.2 查询转换核心代码（app/converter/grafana.py）

该模块核心是通过适配器模式实现多查询语言互转，核心类GrafanaQueryConverter负责适配器注册与转换调度，支持运行时动态扩展新的转换规则，无需修改核心逻辑，降低扩展成本。

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# 核心逻辑精简版
from typing import Dict
from app.converter.adapters.base import QueryAdapter
from app.converter.adapters.promql_to_influxql import PromQLToInfluxQLAdapter
from app.exceptions import UnsupportedConversionError

class GrafanaQueryConverter:
    def __init__(self):
        # 注册支持的转换适配器
        self.adapter_registry: Dict[tuple[str, str], QueryAdapter] = {
            ('promql', 'influxql'): PromQLToInfluxQLAdapter(),
        }
    
    def convert(self, query: str, source_type: str, target_type: str) -> str:
        """统一转换入口，根据源语言和目标语言选择适配器"""
        source_type, target_type = source_type.lower(), target_type.lower()
        conversion_key = (source_type, target_type)
        if conversion_key not in self.adapter_registry:
            raise UnsupportedConversionError(f"不支持的转换组合：{source_type} -> {target_type}")
        return self.adapter_registry[conversion_key].convert(query)
    
    def register_adapter(self, source_type: str, target_type: str, adapter: QueryAdapter):
        """动态注册新适配器，支持扩展"""
        self.adapter_registry[(source_type.lower(), target_type.lower())] = adapter

6.3 异常检测核心代码（app/anomaly/detector.py）

该模块采用策略模式实现多算法异常检测，核心类AnomalyDetector统一检测接口，支持动态切换Z-score、IQR等算法，通过Pydantic保证数据类型安全，适配不同特性的时间序列数据检测需求。

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# 核心逻辑精简版
import numpy as np
from typing import List, Dict, Any, Optional
from pydantic import BaseModel, validate_arguments
from app.anomaly.strategies import ZScoreStrategy, IQRStrategy
from app.exceptions import UnsupportedAlgorithmError

# 异常检测结果数据模型（Pydantic确保类型安全）
class AnomalyItem(BaseModel):
    index: int               # 异常数据在输入列表中的索引
    value: float             # 异常数据的具体值
    score: float             # 异常分数（越大表示越异常）
    threshold: float         # 异常判定的阈值

class AnomalyDetectionResult(BaseModel):
    anomalies: List[AnomalyItem]  # 异常数据列表
    statistics: Dict[str, Any]    # 检测统计信息
    method: str                   # 使用的检测算法

class AnomalyDetector:
    """异常检测器，支持多种检测算法，采用策略模式设计"""
    
    def __init__(self):
        """初始化检测器，注册支持的检测策略"""
        self.strategies: Dict[str, Any] = {
            "zscore": ZScoreStrategy(),
            "iqr": IQRStrategy()
            # 可扩展机器学习算法
        }
    
    @validate_arguments  # Pydantic参数校验
    def detect(
        self, 
        data: List[float], 
        method: str = "zscore", 
        params: Optional[Dict[str, Any]] = None
    ) -> AnomalyDetectionResult:
        """执行异常检测，统一调用接口，动态选择策略"""
        if not data:
            return AnomalyDetectionResult(
                anomalies=[],
                statistics={"total_points": 0, "anomaly_count": 0, "anomaly_rate": 0.0},
                method=method
            )
        
        method = method.lower()
        if method not in self.strategies:
            raise UnsupportedAlgorithmError(f"不支持的异常检测算法：{method}")
        
        params = params or {}
        strategy = self.strategies[method]
        anomalies = strategy.detect(data, params)
        
        # 组装统计信息与结果
        statistics = {
            "total_points": len(data),
            "anomaly_count": len(anomalies),
            "anomaly_rate": len(anomalies) / len(data) if len(data) > 0 else 0.0,
            "params": params
        }
        
        return AnomalyDetectionResult(
            anomalies=anomalies,
            statistics=statistics,
            method=method
        )

七、项目优势与创新点

7.1 核心优势

低门槛易用性：通过NLP查询支持和多语言互转，降低非专业人员使用难度，无需深入学习各类查询语言
高性能架构：基于FastAPI异步模型，配合游标分页和数据缓存，大幅提升大数据量场景下的处理效率
灵活扩展性："核心+插件"架构+设计模式（适配器、策略），支持自定义功能快速集成，适配不同业务场景
低侵入集成：作为中间层服务，无需改造Grafana原生系统，快速对接现有监控体系，降低迁移成本

7.2 创新点

融合NLP与查询转换技术，实现自然语言到专业查询语言的精准转换，打破技术壁垒
多算法融合的异常检测机制，可根据数据分布特性自动选择最优检测策略，提升异常识别准确率
动态适配器与策略注册机制，支持运行时扩展功能，无需重启服务，提升运维效率

八、与同类产品对比（以Grafana-mcp-analyzer为例）

为更清晰展现Grafana Query MCP的核心竞争力，选取市面上同类产品Grafana-mcp-analyzer（官方定位为AI驱动的监控数据解读助手）进行多维度精准对比。基于Grafana-mcp-analyzer官方资料，其核心价值是通过MCP协议赋能AI助手读懂监控数据，实现从"图表到洞察"的闭环分析；而Grafana Query MCP聚焦查询处理与转换的中间层能力，两者定位与核心能力差异显著，具体对比如下：

对比维度	Grafana Query MCP	Grafana-mcp-analyzer（官方信息）
核心定位	查询处理与转换中间层服务，聚焦"简化查询、提升性能、智能监控"	AI驱动的监控数据解读助手，基于MCP协议赋能AI助手读懂监控数据，实现"图表到洞察"的闭环分析
核心功能	多查询语言互转、游标式分页查询、多算法异常检测、数据缓存、API代理、NLP查询转换、服务发现扫描	自然语言查询监控数据、多轮对话深度分析、curl查询合成、全数据源支持（Prometheus/MySQL/ES等）、专业DevOps优化建议、会话缓存管理、大数据量分块处理
技术架构	基于Python的FastAPI异步架构，分层设计+"核心+插件"模式，支持动态扩展	基于Node.js构建，采用"会话缓存→逐步获取数据→渐进式深入分析→缓存复用"架构，适配MCP协议与AI助手集成
性能表现	异步处理支持万级QPS，游标分页适配千万级数据量，缓存机制降低数据源负载	支持大数据量自动分块处理，通过会话缓存复用提升分析效率，适配AI多轮对话的低延迟响应需求
扩展性	支持运行时注册查询适配器、异常检测策略，自定义插件快速集成，适配多数据源扩展	支持自定义配置文件（本地/远程路径），适配自有数据源连接，支持MCP协议对接各类AI助手（Claude/ChatGPT等）
易用性	自动生成Swagger UI API文档，支持Docker/K8s一键部署，提供详细安装部署指南与代码示例	npm一键安装（30秒极速部署），支持Cursor等AI助手快速集成配置，提供示例配置文件，多轮对话交互门槛低
部署方式	源码克隆+虚拟环境依赖安装、Docker容器化部署、K8s编排部署	npm全局安装（需Node.js 18+），支持配置文件远程加载，依赖AI助手（如Cursor）协同使用
核心依赖	Python 3.8+、FastAPI、Uvicorn、Pydantic、httpx	Node.js 18+、npm包管理、MCP协议、AI助手（Cursor/Claude/ChatGPT等）
适用场景	多数据源异构环境的查询统一处理、大数据量监控查询优化、企业级智能异常预警、现有Grafana体系的无侵入增强	AI辅助的监控数据解读、多轮对话式运维分析、电商/金融/服务器等场景的监控洞察、需要专业DevOps建议的运维场景
总结：两款产品均服务于Grafana生态增强，但核心定位差异明显。Grafana Query MCP是"查询处理中间层"，核心解决多源查询统一、大数据量处理、异常检测等技术层面的效率问题，适配企业级监控系统的底层能力增强；Grafana-mcp-analyzer是"AI+监控的解读助手"，核心优势是通过AI对话降低监控分析门槛，聚焦运维人员的"数据洞察与决策支持"，适配需要AI辅助的轻量化运维场景。两者可互补使用：Grafana Query MCP提供底层查询优化能力，Grafana-mcp-analyzer基于优化后的数据实现AI智能解读。

九、未来发展规划

功能增强：新增更多查询语言（如SQL、ClickHouse SQL）的互转支持，扩展异常检测的机器学习算法库
体验优化：开发可视化管理界面，支持查询配置、异常规则定制、服务状态监控的可视化操作
生态集成：对接告警系统（如Prometheus Alertmanager、钉钉/企业微信告警），实现异常自动告警闭环
性能升级：引入分布式缓存与负载均衡，支持大规模集群部署，提升高并发场景下的服务稳定性
智能化升级：基于用户查询习惯进行智能推荐，优化查询语句性能，实现查询的自动优化

十、项目信息与联系方式

10.1 项目地址

GitHub仓库：https://github.com/magicCzc/grafana-query-mcp

10.2 技术交流

如有技术问题或合作需求，可通过以下方式联系：

邮箱：910445306@qq.com
GitHub Issues：提交问题至项目仓库的Issues板块

十一、总结

Grafana Query MCP作为Grafana生态的增强型中间层服务，聚焦于解决查询门槛高、大数据处理低效、异常识别缺失等核心痛点，通过查询转换、分页优化、异常检测等核心功能，实现了"简化查询、提升性能、智能监控"的目标。项目采用高性能、可扩展的技术架构，支持灵活部署与集成，能快速对接现有监控体系，为开发者与运维人员提供高效、易用的监控数据处理能力。未来，项目将持续迭代升级，不断扩展功能边界与生态集成能力，为监控领域提供更智能、更高效的解决方案。