Prometheus 常用函数详解
在编写监控查询语句时，理解内置函数的行为至关重要。PromQL 提供了丰富的工具来处理时间序列数据，从基础的数学运算到复杂的时间窗口分析。下面我结合实战经验，梳理了这些函数的使用场景和注意事项。
基础数学与标量转换
这类函数主要用于对样本值进行数值处理或类型转换。
abs(v)：取绝对值。适用于需要消除负数影响的场景。ceil()/floor()：向上或向下取整。常用于将浮点指标转换为整数展示。round(v, to_nearest=1)：四舍五入。支持指定精度，比如to_nearest=0.5。exp(),ln(),log2(),log10(),sqrt()：指数、对数和开方运算。注意特殊值（如NaN、Inf）的处理逻辑。scalar(v)：将单元素向量转为标量。如果输入不是恰好一个元素，会返回NaN，适合用于条件判断。vector(s)：将标量转为无标签的向量，常用于构造常量参与计算。
时间与日期提取
这些函数基于 UTC 时间，常用于按时间维度分组或过滤。
year(),month(),day_of_month(),day_of_week(),hour(),minute()：分别返回年、月、日、周几、小时和分钟。默认参数为当前时间，也可传入向量。time()：返回表达式求值时的 Unix 时间戳（秒）。注意它不是实时时钟，而是评估时刻的快照。timestamp(v)：获取向量的采样时间戳。
范围向量分析（重点）
这是 PromQL 最强大的部分，但也是新手最容易出错的地方。务必区分 Gauge（仪表盘） 和 Counter（计数器） 的使用场景。
变化率与增量
rate(v)：计算每秒平均增长率。自动处理计数器重置（reset），并外推至时间范围两端。推荐用于告警和慢速计数器。组合聚合操作时，先算rate再聚合。increase(v)：计算指定时间范围内的总增量。本质是rate * 秒数，主要用于人类阅读。同样仅适用于计数器。irate(v)：基于最后两个数据点计算的瞬时速率。波动大，适合快速变化的计数器绘图，但不建议用于告警，容易误报。
注意：
rate和irate只能用于 Counter。如果用 Gauge 计算，结果可能没有意义。
差值与导数
delta(v)：计算范围内首尾值的差值。支持非整数结果，适用于 Gauge（如温度、内存使用率）。不要用于 Counter。deriv(v)：计算每秒钟的导数。同样仅限 Gauge。idelta(v)：计算最后两个样本的差值。类似delta但只取最近两点，仅限 Gauge。changes(v)：统计范围内数值变化的次数。resets(v)：统计计数器重置的次数。任何连续采样值的下降都被视为重置。
时间窗口聚合
当需要对一段时间内的数据进行汇总时，使用以下函数（后缀 _over_time）。
avg_over_time,min_over_time,max_over_time,sum_over_time：区间平均值、最小值、最大值、总和。count_over_time：区间内样本数量。quantile_over_time,stddev_over_time,stdvar_over_time：分位数、标准差、方差。
所有值在区间内权重相同，即使采样间隔不均匀。
直方图分位数
处理 Histogram 类型的指标（如请求延迟）时，必须配合 histogram_quantile。
histogram_quantile(0.9, rate(http_request_duration_seconds_bucket[10m]))
- 参数要求：第一个参数是分位数（0~1），第二个参数是带有
le标签的 bucket 向量。 - 插值逻辑：假设桶内线性分布。最高桶的上限必须是
+Inf，否则返回NaN。 - 聚合技巧：如果需要按
job聚合，记得在by子句中保留le标签，例如sum(rate(...)) by (job, le)。
标签操作
动态修改或合并标签，增强查询灵活性。
label_join(v, dst_label, separator, src_label_1, ...)：将多个源标签的值用分隔符拼接成目标标签。label_replace(v, dst_label, replacement, src_label, regex)：通过正则匹配替换标签值。支持$1,$2引用捕获组。
示例：
label_replace(up{service="a:b"}, "foo", "$1", "service", "(.*)")
存在性检查
absent(v)：如果向量中没有元素，返回包含单个值为 1 的向量。常用于检测某个指标是否丢失。
排序
sort(v)/sort_desc(v)：按样本值升序或降序排列向量元素。
总结：写 PromQL 时，先明确指标类型（Counter 还是 Gauge），再选择合适的函数。对于计数器，首选 rate；对于仪表盘，关注 delta 或 deriv。遇到直方图时，别忘了 le 标签的处理细节。
