2. PromQL 基础回顾：数据类型与核心概念

在深入告警自愈剧本的 PromQL 优化之前，必须牢固掌握 PromQL 的四种数据类型及其核心概念。这些类型决定了查询引擎如何解析表达式、如何聚合数据以及如何触发告警。理解它们之间的差异，是编写高效、准确告警规则的前提。

2.1 四种数据类型总览

PromQL 的查询结果严格分为四种类型，每种类型对应不同的操作符和函数。下表从定义、典型场景和告警用途三个维度进行对比：

2.2 Instant Vector（瞬时向量）—— 告警的基石

Instant Vector 是 PromQL 中最常用、最重要的数据类型。它表示在 一个特定时间点 上，所有匹配的时间序列及其最新样本值。每个时间序列由一组标签唯一标识。

• 语法特征：选择器后不加时间范围，如 http_requests_total{ status="500" }。
• 内部结构：每个元素包含 {标签集合} → 值。
• 告警语义：当表达式返回的 Instant Vector 中至少有一个样本值满足阈值条件时，告警即被触发。

# 返回当前所有 5xx 请求的瞬时计数（每个 status 标签组合一个序列）
http_requests_total{ status=~"5.." }

# 告警规则示例：如果任何 5xx 请求的瞬时值大于 100，则触发告警
# expr: http_requests_total{ status=~"5.." } > 100

2.3 Range Vector（范围向量）—— 趋势与窗口分析

Range Vector 在 Instant Vector 的基础上增加了 时间维度。它返回每个时间序列在过去一段时间窗口内的所有样本值，而不是仅返回最新值。这是计算速率、增长率和滑动平均的基础。

• 语法特征：选择器后紧跟时间范围，如 http_requests_total[5m]。
• 内部结构：每个元素包含 {标签集合} → [值1, 值2, ...]。
• 常见转换函数：rate()、irate()、increase()、avg_over_time()、max_over_time() 等，这些函数将 Range Vector 转换为 Instant Vector。

# 返回过去 5 分钟内，每个 5xx 状态码的请求样本列表
http_requests_total{ status=~"5.." }[5m]

# 计算过去 5 分钟的平均每秒速率（返回 Instant Vector）
rate(http_requests_total{ status=~"5.." }[5m])

2.4 Scalar（标量）与 String（字符串）

Scalar 和 String 在 PromQL 中通常作为辅助角色出现，但在告警自愈剧本中扮演着不可或缺的支撑作用。

# Scalar 示例：获取当前 Unix 时间戳
time()

# String 示例：在告警规则中设置静态标签
# labels:
#   team: "platform"
#   runbook: "https://wiki.example.com/runbook"

2.5 核心概念：时间序列、标签与匹配模式

理解数据类型后，还需掌握三个贯穿 PromQL 始终的核心概念：

• 时间序列（Time Series）：由指标名 + 一组标签唯一标识的数据流。例如 node_memory_MemAvailable_bytes{ instance="server1", job="node" } 是一个独立的时间序列。
• 标签（Label）：键值对，用于对时间序列进行多维度的筛选和聚合。标签是 Prometheus 数据模型的灵魂。
• 匹配模式：在向量选择器中，支持精确匹配（=）、正则匹配（=~）、反向匹配（!=、!~）。

2.6 数据类型转换：从 Range Vector 到 Instant Vector

由于告警规则只接受 Instant Vector，将 Range Vector 转换为 Instant Vector 是编写告警表达式的核心技能。下表列出了最常用的转换函数及其适用场景：

# 错误率告警：将 Range Vector 通过 rate() 转换为 Instant Vector
# 过去 5 分钟的错误请求速率 / 总请求速率 > 5%
rate(http_requests_total{ status=~"5.." }[5m])
/
rate(http_requests_total[5m])
> 0.05

# 内存峰值告警：将 Range Vector 通过 max_over_time() 转换
max_over_time(node_memory_MemAvailable_bytes[10m]) < 1e9