初识rrdtool

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：

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：

<pre class="prettyprint linenums lang-xml">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

1rrdtool create filename [--start|-b start time] [--step|-s step]
2                             [DS:ds-name:DST:dst arguments]
3                             [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。

 1rrdtool create Flow.rrd \
 2--start $(date -d "1 year ago" +%s) \
 3--step 300 \
 4DS:eth0_in:GAUGE:600:0:5000 \
 5DS:eth0_out:GAUGE:600:0:5000 \
 6RRA:AVERAGE:0.5:1:600 \
 7RRA:AVERAGE:0.5:6:700 \
 8RRA:AVERAGE:0.5:24:775 \
 9RRA:AVERAGE:0.5:288:797 \
10RRA:MAX:0.5:1:600 \
11RRA:MAX:0.5:6:700 \
12RRA:MAX:0.5:24:775 \
13RRA:MAX:0.5:444:797 \
14RRA:MIN:0.5:1:600 \
15RRA:MIN:0.5:6:700 \
16RRA:MIN:0.5:24:775 \
17RRA: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？

1600 samples of 5 minutes  (2 days and 2 hours)= 180000 秒 （2.08天）
2700 samples of 30 minutes (2 days and 2 hours, plus 12.5 days)= 1260000 秒 （14.58天 ，2周）
3775 samples of 2 hours    (above + 50 days) = 5580000 秒 （64.58 天，2个月）
4797 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：

 1total_input_traffic = 0
 2total_output_traffic = 0
 3starttime=`date +%s`
 4endtime=`echo "$starttime+31536000"|bc`
 5while true:
 6  total_input_traffic = $RANDOM
 7  total_output_traffic = $RANDOM
 8  /usr/bin/rrdtool updatev /opt/rrdtool/COUNTER/eth0.rrd  $starttime:$total_input_traffic:$total_output_traffic
 9  /usr/bin/rrdtool updatev /opt/rrdtool/DERIVE/eth0.rrd  $starttime:$total_input_traffic:$total_output_traffic
10  /usr/bin/rrdtool updatev /opt/rrdtool/ABSOLUTE/eth0.rrd  $starttime:$total_input_traffic:$total_output_traffic
11  /usr/bin/rrdtool updatev /opt/rrdtool/GAUGE/eth0.rrd  $starttime:$total_input_traffic:$total_output_traffic
12  if $starttime>=$endtime
13    break;
14  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

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

4、GAUGE

四、rrdtool graph

 1rrdtool graph COUNTER/day.png -w 700 -h 200 \
 2-n TITLE:11:'/opt/rrdtool/wdjt.ttf' \
 3-n UNIT:8:'/opt/rrdtool/simhei.ttf' \
 4-n LEGEND:8:'/opt/rrdtool/simhei.ttf' \
 5-c SHADEA#DDDDDD \
 6-c SHADEB#808080 \
 7-c FRAME#006600 \
 8-c FONT#006699 \
 9-c ARROW#FF0000 \
10-c AXIS#000000 \
11-c BACK#FFFFFF \
12-Y -X 3 \
13-t "服务器流量统计" -v "流量" \
14--start -1d --end now \
15--x-grid MINUTE:12:HOUR:1:HOUR:1:0:'%H' \
16DEF:value1=COUNTER/eth0.rrd:eth0_in:AVERAGE \
17DEF:value2=COUNTER/eth0.rrd:eth0_out:AVERAGE \
18CDEF:value3=value1,value2,+ \
19COMMENT:" \n" \
20COMMENT:" \n" \
21AREA:value1#00ff00:上传 \
22GPRINT:value1:LAST:"当前\:%8.0lf"  \
23GPRINT:value1:AVERAGE:"平均\:%8.0lf"  \
24GPRINT:value1:MAX:"最大\:%8.0lf"  \
25GPRINT:value1:MIN:"最小\:%8.0lf"  \
26COMMENT:" \n" \
27LINE2:value2#4433ff:下载 \
28GPRINT:value2:LAST:"当前\:%8.0lf"  \
29GPRINT:value2:AVERAGE:"平均\:%8.0lf"  \
30GPRINT:value2:MAX:"最大\:%8.0lf"  \
31GPRINT:value2:MIN:"最小\:%8.0lf"  \
32COMMENT:" \n" \
33COMMENT:"─────────────────────────────────────────────\n" \
34LINE3:value3#ff8833:总流量 \
35COMMENT:" \n" \
36HRULE:350000#ff0000:"报警值" \
37COMMENT:" \n" \
38COMMENT:"\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 \
39COMMENT:"\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