Prometheus有着非常高效的時間序列數據存儲方法，每個采樣數據僅僅占用3.5byte左右空間，上百萬條時間序列，30秒間隔，保留60天，大概花了200多G（引用官方PPT）。
接下來讓我們看看他的原理。
Prometheus內部主要分為三大塊，Retrieval是負責定時去暴露的目標頁面上去抓取采樣指標數據，Storage是負責將采樣數據寫磁盤，PromQL是Prometheus提供的查詢語言模塊。
從最原始的抓取數據上來看，基本是這個樣子，timestamp是當前抓取時間戳：
每個Metric name代表了一類的指標，他們可以攜帶不同的Labels，每個Metric name + Label組合成代表了一條時間序列的數據。
例如圖上的數據：
http_requests_total{status="200",method="GET"}
http_requests_total{status="404",method="GET"}
表示了兩條不同的時間序列。
在Prometheus的世界里面，所有的數值都是64bit的。每條時間序列里面記錄的其實就是64bit timestamp(時間戳) + 64bit value(采樣值)。
而對於時間序列的基本特性來說，通常是過去的數據一般是只讀的，是不會變更的，當前時間的數據才會可能在寫，模式如下圖：
根據上面的分析，時間序列的存儲似乎可以設計成key-value存儲的方式（基於BigTable）。
進一步拆分，可以像下面這樣子：
上圖的第二條樣式就是現在Prometheus內部的表現形式了，__name__是特定的label標簽，代表了metric name。
再回顧一下Prometheus的整體流程：
上面提到了K-V存儲，當然是使用了LevelDB的引擎，它的特點是順序讀寫性能非常高，這是非常符合時間序列的存儲的。
為了得到順序的時間序列哈希索引值，Prometheus是這樣處理的：
FNV哈希算法全名為Fowler-Noll-Vo算法，是以三位發明人Glenn Fowler，Landon Curt Noll，Phong Vo的名字來命名的，最早在1991年提出。
FNV能快速hash大量數據並保持較小的沖突率，它的高度分散使它適用於hash一些非常相近的字符串，比如URL，hostname，文件名，text，IP地址等。
1KB Chunks
在Prometheus的世界中，無論是內存還是磁盤，它都是以1KB單位分成塊來操作的。（新出的Prometheus 2.0對存儲底層做了很大改動，專門針對SSD的寫放大進行了優化，提高SSD的讀寫性能和讀寫次數等。）
整體流程是 抓取數據 -> 寫到head chunk，寫滿1KB，就再生成新的塊，完成的塊，是不可再變更的 -> 根據配置文件的設置，有一部份chunk會被保留在內存里，按照LRU算法，定期將塊寫進磁盤文件內。
注意： 一條時間序列，保存到一個磁盤文件內。
時間序列的保留維護
在Prometheus的啟動選項中，有一項storage.local.retention可以設置數據自動保留多長時間，例如24h，表示數據超過24小時內的將會自動清除，類似於zabbix的housekeeping功能。storage.local.series-file-shrink-ratio可以按一定的比例保留數據。
關於Chunk 塊編碼的剖析
Prometheus 提供三種不同類型的塊編碼，用戶可以在Prometheus啟動時指定最新的編碼方式，-storage.local.chunk-encoding-version，有效值是0，1，2。
版本0的編碼是較老版本上的Prometheus上使用的，新版本已經不再建議使用的。
版本1是當前版本默認提供的編碼方式，它相對於0版有較好的壓縮能力，而且在一個塊內，有較高的訪問速度，當然版本0的編碼速度是最快的，但是相對版本1，速度優勢不是特別明顯。
版本2提供了一個更高的壓縮比例，編碼和解碼需要耗更多的CPU，當然，這是取決於查詢的數據集有多大。通常如果是較少的查詢，僅用於存檔的數據，可以使用這種編碼。
對比：
| Chunk版本號 | 每個采樣點所占字節 | 耗CPU核 | 塊編碼耗時 |
|---|---|---|---|
| 1 | 3.3 | 1.6 | 2.9s |
| 2 | 1.3 | 2.4 | 4.9s |
V0 結構
V1 結構
V2 結構
Prometheus是如何訪止數據丟失的呢？例如發生異常關閉或者什么別的情況？它提供了一個Checkpointing功能，對於內存里面的塊，Prometheus 使用了一個checkpoint file 去同步寫入磁盤，類似於Hbase的WAL原理，當發生crash時，先從checkpoint file去恢復數據。
以上內容是根據Prometheus官方人員的一份PPT摘取，原文件在此：https://files.cnblogs.com/files/vovlie/copyofprometheusstorage1-160127133731.pdf 。