初识rrdtool

2015年1月28日 发表评论 阅读评论

一、概念原理

RRDtool是指Round Robin Database 工具(环状数据库)。Round robin是一种处理定量数据、以及当前元素指针的技术。想象一个周边标有点的圆环--这些点就是时间存储的位置。从圆心画一条到圆周的某个点的箭头--这就是指针。就像我们在一个圆环上一样,没有起点和终点,你可以一直往下走下去。过来一段时间,所有可用的位置都会被用过,该循环过程会自动重用原来的位置。这样,数据集不会增大,并且不需要维护。RRDtool处理RRD数据库。它用向RRD数据库存储数据、从RRD数据库中提取数据(来源百度问答 )。rrdtool数据存储结构图如下:

rrdtool

二、rrdtool 的规划

在使用rrdtool create文件和update数据之前,需要考虑以下几点:

A)是一个 RRD 文件中包括多个监测对象(DS),还是分成多个 RRD 文件RRDtool 提供了 tune 操作,可以增加监测对象或者删除 RRD 文件中的某个对象,而且绘图时也可以指定要画的是那个对象,这点看个人喜欢而定。

B)如何统计取得的数据 :5分钟、20分钟、2小时、1天。RRDtool 则可以自己设置。

C)如何保存/统计这些数据 :RRDtool 的数据存放则需要自己定义。规划如下:

每日统计图(5分钟平均)  : 600 个,大约2天的时间
每周统计图(20分钟平均) : 600 个,大约8天的时间
每月统计图 (2小时平均) : 600 个,50 天的时间
每年统计图 (1天平均) :730 个, 2年的时间

D) 要以什么方式绘图 MRTG 只有曲线(LINE)和方块(AREA)两种;RRDtool 除了这两种外,还有一种是 STACK 方式。就是在前一个曲线或者方块的基础上绘图图,而不是直接从 X 轴开始绘图。这样绘制出来的图比较清晰,不会出现交叉的现象,但此时 Y 轴的值等于当前对象的值加上前一个绘图对象的值。例如前一个对象(cpu 的系统进程利用率)的值是10,采用的是 AREA 方式绘图。当前对象(cpu 的用户级进程的利用率)是5,采用的是 STACK 方式,则“cpu的用户级进程利用率”对应的Y轴刻度是10+5=15;所以如果不加说明,别人可能会误解。

三、创建rrd数据库

1、全局参数

rrdtool create filename [--start|-b start time] [--step|-s step]
                             [DS:ds-name:DST:dst arguments]
                             [RRA:CF:cf arguments]

其中 filename 、DS 部分和 RRA 部分是必须的。其他两个参数可免。

  • filename:默认是以 .rrd 结尾,但也以随你设定。
  • step :就是 RRDtool “期望” 每隔多长时间就收到一个值。和 MRTG 的 interval 同样含义。默认是5分钟。我们的脚本也应该是每5分钟运行一次。
  • start :给出 RRDtool 的第一个记录的起始时间。RRDtool 不会接受任何采样时间小于或者等于指定时间的数据。也就是说 –-start指定了数据库最早的那个记录是从什么时候开始的。如果 update 操作中给出的时间在 –-start 之前,则 RRDtool拒绝接受。--satrt 选项也是可选的。按照 我们在前一篇中的设定,则默认是当前时间减去 600*300秒,也就是50个小时前。 如果你想指定--start 为1天前,可以用--start $(date -d '1 days aog' +%s) ,--start 选项的值必须是 timestamp 的格式。
  • DS :DS 用于定义 Data Soure 。也就是用于存放脚本的结果的变量名(DSN)。就是我们前面提到的 eth0_in ,eth0_out, lo_in , lo_out 。DSN 从 1-19 个字符,必须是 0-9,a-z,A-Z 。
  • DST :DST 就是 Data Source Type 的意思。有 COUNTER、GUAGE、DERIVE、ABSOLUTE、COMPUTE 5种。由于网卡流量属于计数器型,所以这里应该为 COUNTER 。
  • RRA :RRA 用于指定数据如何存放。我们可以把一个RRA 看成一个表,各保存不同 interval 的统计结果。
  • PDP :Primary Data Point 。正常情况下每个 interval RRDtool 都会收到一个值;RRDtool 在收到脚本给来的值后 会计算出另外一个值(例如平均值),这个值就是 PDP ;这个值代表的一般是“xxx/秒”的含义。注意,该值不一定等于RRDtool收到的那个值。除非是GAUGE 。
  • CF :CF 就是 Consolidation Function 的缩写。也就是合并(统计)功能。有 AVERAGE、MAX、MIN、LAST 四种分别表示对多个PDP 进行取平均、取最大值、取最小值、取当前值四种类型。具体作用等到 update 操作时再说。
  • CDP :Consolidation Data Point 。RRDtool 使用多个 PDP 合并为(计算出)一个 CDP。也就是执行上面 的CF 操作后的结果。这个值就是存入RRA的数据,绘图时使用的也是这些数据。

rrdtool create Flow.rrd \
--start $(date -d "1 year ago" +%s) \
--step 300 \
DS:eth0_in:GAUGE:600:0:5000 \
DS:eth0_out:GAUGE:600:0:5000 \
RRA:AVERAGE:0.5:1:600 \
RRA:AVERAGE:0.5:6:700 \
RRA:AVERAGE:0.5:24:775 \
RRA:AVERAGE:0.5:288:797 \
RRA:MAX:0.5:1:600 \
RRA:MAX:0.5:6:700 \
RRA:MAX:0.5:24:775 \
RRA:MAX:0.5:444:797 \
RRA:MIN:0.5:1:600 \
RRA:MIN:0.5:6:700 \
RRA:MIN:0.5:24:775 \
RRA:MIN:0.5:444:797

上面第2-4个 RRA的记录数实际上用的是700,775,797,为什么不是 600,600,730呢

600 samples of 5 minutes  (2 days and 2 hours)= 180000 秒 (2.08天)
700 samples of 30 minutes (2 days and 2 hours, plus 12.5 days)= 1260000 秒 (14.58天 ,2周)
775 samples of 2 hours    (above + 50 days) = 5580000 秒 (64.58 天,2个月)
797 samples of 1 day      (above + 732 days, rounded up to 797) = 68860800 秒(2年)

可以看出每个 RRA 都存储了相应单位2倍时间的数据,例如每天的 RRA 存储2天的数据,每周的 RRA 存储2周的数据,每月的 RRA 存储2个月的数据,每年的 RRA 存储2年的数据 。

2、DST详解

DST 的选择是十分重要的,如果选错了 DST ,即使你的脚本取的数据是对的,放入 RRDtool 后也是错误的,更不用提画出来的图是否有意义了。如何选择 DST 看下面的描述 :

COUNTER :必须是递增的,除非是计数器溢出(overflows)。在这种情况下,RRDtool 会自动修改收到的值。例如网络接口流量、收到的packets 数量都属于这一类型。

DERIVE:和 COUNTER 类似。但可以是递增,也可以递减,或者一会增加一会儿减少。

ABSOLUTE :ABSOLUTE 比较特殊,它每次都假定前一个interval的值是0,再计算平均值。

GAUGE :GAGUE 和上面三种不同,它没有“平均”的概念,RRDtool 收到值之后字节存入 RRA 中。

COMPUTE :COMPUTE 比较特殊,它并不接受输入,它的定义是一个表达式,能够引用其他DS并自动计算出某个值。例如:DS:eth0_bytes:COUNTER:600:0:U DS:eth0_bits:COMPUTE:bytes,8,*    这在流量统计Bit和byte不同单位时会用到。

AVERAGE 类型适合于看“平均”情况,例如一天的平均流量。

MAXIMUM 、MINIMUM在每个 CDP 的周期内最高是达到多少,最低又是多少。

LAST 类型适用于 “累计”的概念,例如从xxx时候到目前共累计xxxx 这样的需求。例如邮件数量,可以用 LAST 来表示 30 分钟内总共收到多少个邮件。

新建一个测试脚本,可以看下这五类的区别:

total_input_traffic = 0
total_output_traffic = 0
starttime=`date +%s`
endtime=`echo "$starttime+31536000"|bc`
while true:
  total_input_traffic = $RANDOM
  total_output_traffic = $RANDOM
  /usr/bin/rrdtool updatev /opt/rrdtool/COUNTER/eth0.rrd  $starttime:$total_input_traffic:$total_output_traffic
  /usr/bin/rrdtool updatev /opt/rrdtool/DERIVE/eth0.rrd  $starttime:$total_input_traffic:$total_output_traffic
  /usr/bin/rrdtool updatev /opt/rrdtool/ABSOLUTE/eth0.rrd  $starttime:$total_input_traffic:$total_output_traffic
  /usr/bin/rrdtool updatev /opt/rrdtool/GAUGE/eth0.rrd  $starttime:$total_input_traffic:$total_output_traffic
  if $starttime>=$endtime
    break;
  starttime+=300 

注:

1、这里是每五分钟取一次数据,一共取一年的数据。具体测试时,可以减小时间差和step步长。

2、这里的脚本也可以使用python time、random、python-rrdtool模块进行操作。时间差可以使用int(time.strftime('%s')) + 1000 这样计算。

1、COUNTER

counter

获取的是随机值,就存在后面value比前value值小,如公式说明:(2000-3000)/300(setup)=UNKNOWN/300=UNKNOWN ,所以图会断断续续的。

2、DERIVE

derive

DERIVE除了支持是递增,也递减。所以这里显示的也是断断续续的。

3、ABSOLUTE

ABSOLUTE

4、GAUGE

GAUGE

四、rrdtool graph

rrdtool graph COUNTER/day.png -w 700 -h 200 \
-n TITLE:11:'/opt/rrdtool/wdjt.ttf' \
-n UNIT:8:'/opt/rrdtool/simhei.ttf' \
-n LEGEND:8:'/opt/rrdtool/simhei.ttf' \
-c SHADEA#DDDDDD \
-c SHADEB#808080 \
-c FRAME#006600 \
-c FONT#006699 \
-c ARROW#FF0000 \
-c AXIS#000000 \
-c BACK#FFFFFF \
-Y -X 3 \
-t "服务器流量统计" -v "流量" \
--start -1d --end now \
--x-grid MINUTE:12:HOUR:1:HOUR:1:0:'%H' \
DEF:value1=COUNTER/eth0.rrd:eth0_in:AVERAGE \
DEF:value2=COUNTER/eth0.rrd:eth0_out:AVERAGE \
CDEF:value3=value1,value2,+ \
COMMENT:" \n" \
COMMENT:" \n" \
AREA:value1#00ff00:上传 \
GPRINT:value1:LAST:"当前\:%8.0lf"  \
GPRINT:value1:AVERAGE:"平均\:%8.0lf"  \
GPRINT:value1:MAX:"最大\:%8.0lf"  \
GPRINT:value1:MIN:"最小\:%8.0lf"  \
COMMENT:" \n" \
LINE2:value2#4433ff:下载 \
GPRINT:value2:LAST:"当前\:%8.0lf"  \
GPRINT:value2:AVERAGE:"平均\:%8.0lf"  \
GPRINT:value2:MAX:"最大\:%8.0lf"  \
GPRINT:value2:MIN:"最小\:%8.0lf"  \
COMMENT:" \n" \
COMMENT:"─────────────────────────────────────────────\n" \
LINE3:value3#ff8833:总流量 \
COMMENT:" \n" \
HRULE:350000#ff0000:"报警值" \
COMMENT:" \n" \
COMMENT:"\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t最后更新 \:$(date '+%Y-%m-%d %H\:%M')\n" -Y \
COMMENT:"\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t系统运维部开发与维护\n"

概念说明:

1、#分别是 LINE1|2|3,也就是线条的粗细。

2、"--x-grid MINUTE:15:HOUR:1:HOUR:1:0:'%H'"说明如下:

  • #GTM:GST:控制次要格网线的位置。GTM 是一个时间单位,可以是 SECOND、MINUTE、HOUR、DAY 、WEEK、MONTH、YEAR 。GST 则是一个数字,控制每隔多长时间放置一根次要格线。例如我们要画一个1天的图表,决定每15分钟一根次要网格线,则格式为 MINUTE:15
  • #MTM:MST:控制主要网格线的位置。MTM 同样是时间单位,MST 是一个数字。接上面的例子,决定一个小时1根主要网格线。则格式为 HOUR:1
  • #LTM:LST :控制每隔多长时间输出一个label 。决定为1小时1个 label 。则格式为 HOUR:1:0(不清楚0做什么用) ,如10 11 12 13
  • #LPR:LFM:LTM:LST只是决定了label的显示位置了,没有指定要显示什么内容。LPR指的是如何放置label。如果LPR为0,则数字对齐格线(适用于显示时间)。如果不为0,则会做一些偏移(适用于显示星期几、月份等)。至于LFM则需要熟悉一下date命令的参数,常用的有%a(星期几)、%b(月份)、%d(天)、%H(小时)、%M(分)、%Y(年)。我们决定显示小时和分,所以用%H%M,最好将'%H:%M'括起来,哪只显示小时就'%H'。

3、"-Y -X 0 "说明如下:

  • Y轴还有一个很方便的选项就是–Y,它可以最大限度的优化Y轴的刻度,建议每次绘图都加上去。
  • Y轴另外一个有用的选项就是–X(虽然选项名是-X,但确实是用来设置Y轴刻度值的)。在上面的图我们看到RRDtool自动对Y轴的值进行调整,以k为单位显示。但如果你不想以k显示,而是想固定以某个单位来显示(M,b)该怎么办呢?这就要用到–X选项了。-X后面跟一个参数,参数值范围是-18、-15、-12、-9、-6、-3、0、3、6、9、12、15、18。0表示以原值显示,3表示数值除以1000,也就是以k为单位显示,6就是以M显示,9就是以G显示,12则T。如果你给出1或者2,则RRDtool也可以接受,但会被“静悄悄”的改为0。下面就是一个以原值(-X0)显示原始数据,100k显示 为100000。

4、字体参数说明

-n TITLE:12: simhei.ttf    #修改top标题字体
-n  AXIS:8: simhei.ttf    #修改X轴数据字体,如01 02 03 04...
-n  LEGEND:10: simhei.ttf  #修改数字报表字体,如最大、最小、平均值及其它
-n  UNIT:8: simhei.ttf    #修改Y轴标题字符,如"流量"
-n  WATERMARK:8: simhei.ttf    #数据区右则字体,如"RRDTOOL-TOBIOETIKER"

5、HRULE:100000#ff0000:"报警值"

绘制一根水平线,在 100k 处画一根水平线,并指出这是报警值

6、COLOR参数说明

-c SHADEA#CCCCCC  #左上边框color
-c SHADEB#000000  #右下边框color
-c FRAME#EEEEEE  #数据标志说明边框color,如"上传"左边的小正方形。
-c FONT#006699    #图形所有字体color
-c ARROW#FF0000  #两个箭头color
-c AXIS#FF0099    #两条箭头线color
-c BACK#FFFFFF    #图形背景(不含数据区)color
-c CANVAS#000000   #图形数据区背景color
-c MGRID#ee2359  #主网格线color
-c GRID#FF0000    #次网格线color

参考文章:http://bbs.chinaunix.net/viewthread.php?tid=864861&extra=&highlight=rrdtool&page=1




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