Prometheus 存储机制

Prometheus 默认使用 TSDB（时序数据库） 存储，v2.x 全新自研块状时序存储，核心分为四大模块：Head Block、持久化 Block、WAL 预写日志、mmap 内存映射。

1. WAL 预写日志（Write-Ahead Log）

1. 所有采集指标写入内存前，先落地 WAL 文件；
2. 作用：进程崩溃、机器重启后，从 WAL 恢复内存时序数据，避免指标丢失；
3. 存储路径：./data/wal，固定分片文件，循环复用；
4. 过期逻辑：数据写入持久化 Block 后，对应 WAL 段可被清理。

2. Head Block（内存活跃块）

• 默认保存最近 2 小时所有时序数据，完全驻留内存；
• 所有实时查询、告警计算直接读 Head，查询性能最高；
• 存储结构：时序 ID + 标签索引 + 采样点数组；
• 时序过多会直接拉高 Prometheus 内存占用，是内存瓶颈核心来源。

3. 持久化 Block（磁盘冷数据块）

每 2 小时生成一个独立 Block 目录，目录内分为多类文件：

1. meta.json：块元信息（起止时间、标签索引、采样总数）
2. index：标签倒排索引（标签名、标签值、时序 ID 映射，快速按标签筛选）
3. chunks：采样点压缩存储，时序数值 + 时间戳做高压缩编码
4. tombstones：标记已删除时序（延迟删除，不立即清理磁盘）

压缩特性

Prometheus 对时序采样采用专用压缩算法：

• 时间戳：差分编码，相邻时间只存差值；
• 浮点数值：XOR 异或压缩，连续近似值压缩率极高； 同一条时序连续采样压缩后磁盘占用极低。

4. mmap 内存映射访问

冷 Block 不完整加载内存，操作系统通过 mmap 按需加载磁盘文件，降低常驻内存开销；大量并发查询冷数据时会产生磁盘 IO 抖动。

5. 生命周期与数据删除

1. 保留时长由 --storage.tsdb.retention.time 控制，过期 Block 直接删除；
2. 删除时序不会立刻删文件，写入 tombstone，块过期统一回收磁盘；
3. 不支持单条指标精准删除，最小删除粒度是 2h Block。

6. 远程读写（Remote Read / Remote Write）

本地磁盘仅做短期热数据存储，长期海量时序推送远端存储（Thanos、M3DB、VictoriaMetrics），解决单机磁盘、容量、查询性能上限问题，企业级标准方案。