Prometheus单机部署指南：从零到一的完整实践

一、单机部署的核心价值与适用场景

Prometheus作为CNCF基金会毕业项目，其单机部署模式在中小规模监控场景中具有显著优势。相比集群化部署，单机模式以极低的资源消耗（约2核4G内存即可支持千级监控目标）和零依赖的架构设计，成为边缘计算节点、开发测试环境及小型业务系统的首选方案。

典型适用场景包括：

1. 资源受限的K8s边缘节点监控
2. 预研阶段的监控方案验证
3. 非关键业务的独立监控需求
4. 灾备环境中的轻量级监控

需特别注意的是，单机部署的存储持久化周期建议控制在30天以内，长期监控仍需考虑分布式存储方案。

二、系统环境准备与优化

2.1 硬件配置建议

组件	最低配置	推荐配置	适用场景
CPU	2核	4核	千级时间序列采集
内存	4GB	8GB	万级时间序列存储
磁盘	50GB SSD	200GB NVMe SSD	30天数据持久化

2.2 操作系统调优

# 修改文件描述符限制
echo "* soft nofile 65536" >> /etc/security/limits.conf
echo "* hard nofile 65536" >> /etc/security/limits.conf
# 优化内核参数
cat >> /etc/sysctl.conf <<EOF
net.core.somaxconn = 65535
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 65535
vm.swappiness = 10
EOF
sysctl -p

2.3 存储引擎选择

Prometheus 2.0+版本默认使用TSDB存储引擎，其单机性能表现如下：

• 写入吞吐量：约10万样本/秒（SSD环境）
• 查询延迟：<500ms（99%分位）
• 压缩率：约70%（原始数据 vs 存储块）

三、标准化部署流程

3.1 二进制包安装

# 下载最新稳定版
wget https://github.com/prometheus/prometheus/releases/download/v2.47.2/prometheus-2.47.2.linux-amd64.tar.gz
tar xvfz prometheus-*.tar.gz
cd prometheus-*
# 基础配置示例
cat > prometheus.yml <<EOF
global:
  scrape_interval: 15s
  evaluation_interval: 15s
scrape_configs:
  - job_name: 'prometheus'
    static_configs:
      - targets: ['localhost:9090']
EOF
# 启动服务（前台运行）
./prometheus --config.file=prometheus.yml --storage.tsdb.retention.time=30d

3.2 Docker容器化部署

# Dockerfile示例
FROM prom/prometheus:v2.47.2
COPY prometheus.yml /etc/prometheus/
CMD ["--config.file=/etc/prometheus/prometheus.yml", \
     "--storage.tsdb.retention.time=30d", \
     "--web.enable-lifecycle"]

关键启动参数说明：

• --web.enable-admin-api：启用管理API（需谨慎）
• --storage.tsdb.path：自定义数据存储路径（默认./data）
• --web.console.templates：自定义仪表盘模板路径

3.3 系统服务管理

# Systemd服务配置示例
cat > /etc/systemd/system/prometheus.service <<EOF
[Unit]
Description=Prometheus Monitoring
After=network.target
[Service]
Type=simple
User=prometheus
ExecStart=/usr/local/bin/prometheus \\
  --config.file=/etc/prometheus/prometheus.yml \\
  --storage.tsdb.retention.time=30d \\
  --web.listen-address=:9090
Restart=on-failure
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
# 启用服务
systemctl daemon-reload
systemctl enable prometheus
systemctl start prometheus

四、监控目标配置实践

4.1 基础指标采集

# 示例：监控Node Exporter
scrape_configs:
  - job_name: 'node'
    static_configs:
      - targets: ['node-exporter:9100']
    relabel_configs:
      - source_labels: [__address__]
        target_label: instance

4.2 动态服务发现

# Kubernetes服务发现示例
scrape_configs:
  - job_name: 'kubernetes-pods'
    kubernetes_sd_configs:
      - role: pod
    relabel_configs:
      - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_scrape]
        action: keep
        regex: true
      - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_ip, __meta_kubernetes_pod_container_port_number]
        target_label: __address__
        separator: ':'

4.3 告警规则配置

# alerts.yml示例
groups:
  - name: node.rules
    rules:
      - alert: HighCPUUsage
        expr: 100 - (avg by(instance) (rate(node_cpu_seconds_total{mode="idle"}[5m])) * 100) > 80
        for: 10m
        labels:
          severity: warning
        annotations:
          summary: "High CPU usage on {{ $labels.instance }}"
          description: "CPU usage is above 80% (current value: {{ $value }}%)"

五、性能调优与故障排查

5.1 内存优化策略

1. 限制内存使用：

   --storage.tsdb.retention.size=512MB  # 单块存储大小限制
   --web.max-connections=512            # 最大连接数

2. 监控关键指标：

   process_resident_memory_bytes
   prometheus_tsdb_storage_blocks_bytes

5.2 常见问题处理

问题1：采集目标不可达

# 检查防火墙规则
iptables -L -n | grep 9090
# 测试网络连通性
curl -v http://target:9100/metrics

问题2：存储块损坏

# 执行存储修复
./promtool tsdb analyze /path/to/data
# 恢复备份（需提前配置）
cp -r /backup/data /var/lib/prometheus/

六、进阶实践建议

6.1 持久化存储方案

# 挂载独立存储卷
mkdir -p /mnt/prometheus
mount -o discard,noatime /dev/nvme0n1p1 /mnt/prometheus
chown -R prometheus:prometheus /mnt/prometheus

6.2 安全加固措施

1. 启用TLS认证：

   # prometheus.yml
   tls_server_config:
   cert_file: /etc/prometheus/server.crt
   key_file: /etc/prometheus/server.key

2. 基本认证配置：

   # 生成密码文件
   htpasswd -bc /etc/prometheus/.htpasswd admin password123

6.3 备份恢复策略

# 定时备份脚本
#!/bin/bash
BACKUP_DIR="/backup/prometheus/$(date +%Y%m%d)"
mkdir -p $BACKUP_DIR
rsync -avz /var/lib/prometheus/ $BACKUP_DIR/
find $BACKUP_DIR -type f -mtime +30 -delete

七、监控效果验证

通过以下指标验证部署效果：

1. 采集成功率：prometheus_target_interval_length_seconds{quantile="0.99"}
2. 查询延迟：prometheus_engine_query_duration_seconds{quantile="0.99"}
3. 存储效率：prometheus_tsdb_compaction_chunk_range_seconds

建议使用Grafana创建标准监控面板，包含：

• 采集目标状态仪表盘
• 资源使用率趋势图
• 告警事件时间线

本文提供的方案已在多个生产环境验证，可支持5000+时间序列的稳定运行。实际部署时，建议根据业务特点调整存储周期和采集频率，在监控精度与资源消耗间取得平衡。