【ZT】RRDTool 入门攻略（六）

如何使用RPN

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注 ：该教程参考了如下内容 ：
A）官方文档 ：
B）abel 兄的大作 ：

作者 ：ailms
版本 ：v1
最后修改 ：2006/11/17 17:35
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一）前言

RPN 代表逆波兰式（Reverse Polish Notation）。逆波兰式最早于1920年由Jan Lukasiewicz 发明，最神奇的地方是用它来表示数学表达式，

完全不需要括号。而且 RPN 不像普通的数学表达式那样，操作符在操作数的中间，而是在操作数的右边。例如 3+2 用 RPN 表示就是 3,2,+ ；

3+（2X5） 用 RPN 表示就是 3,2,5,x,+ 最后运算的部分（加法部分）的操作符放在最后，乘号放在前面，表示先执行 2 x 5 ，在把结果和3相加。

在 RRDtool 中，RPN 还可以用来表示 if-then-else 关系。这点在绘图中很有用。例如你要看 eth0 接口在一天当中流量 ≥ 10Mb/s 的部分，“隐藏”

其他低于 10Mb/s 的部分，则可以用到这个功能。

二）操作符

什么是 RPN

A）RPN 是 Reverse Polish Notation 的缩写，是用于表示算术运算和逻辑运算的一种语法格式。

B）RRDtool 的 CDEF 语句中就经常使用 RPN 来对 DEF 取出来的数据进行运算。

C）RPN 的特点是操作数和操作符出现的顺序和运算的顺序一致，这样就不需要使用括号了

D）RPN 的格式是 ,, ,[,,]… 可以看出是操作数在前，操作符在后的格式

E）RPN 需要提到堆栈的概念（stack）。堆栈是用来存储操作数和操作符的。

F）当堆栈中压入（push）一个操作符时，就从堆栈中取出（pop）所需要的操作数进行计算（根据操作的不同pop出不同数量的操作数）。
  
    结果再返回（push）堆栈，最终整个 RPN 应该只返回一个值，或者说堆栈中只有一个元素

G）在 CDEF 中书写 RPN 操作符，要一律以大写的格式出现

H） RPN 中，如果某个部分的运算结果非 0，则被认为是 true ，只有 0 才被认为是 false 

三）RPN 操作符的分类

A）布尔操作符 ：GT、GE、LT、LE、EQ、NE、

B）特殊值比较符 ：UN、ISINF、

C）条件操作符 ：IF

D）比较操作符 ：MIN、MAX、LIMIT

E）算术操作符 ：+ 、-、*、/、%、SIN, COS, LOG, EXP, SQRT、FLOOR, CEIL、ATAN、ATAN2、DEG2RAD, RAD2DEG

F）数据集操作符 ：所谓数据集（sets），就是指多个数据。SORT、REV、AVG、TREND

G）特殊值 ：UNKN、INF、NEINF、PREV、COUNT

H）时间操作符 ：NOW、TIME、LTIME

I）堆栈操作符 ：POP、DUP、EXC

四）RPN 操作的结果

A）布尔操作符 ：从堆栈中 pop 出两个元素，并根据比较结果返回 0 （false） 或者 1 。任何同 UNKNOWN 或者 INF 、NEINF 比较的都为 0

B）特殊值比较符 ：从堆栈中 pop 出1个元素，并同 UNKNOWN 或者 INF、NEINF 比较。结果为 0 或者 1

C）条件操作符 ：从堆栈中pop出3个元素，如果最后pop出的那个元素不为0（条件部分为 true），则第2次 pop 出的那个元素被重新入栈（then部分）；

    否则第一次pop出的元素重新入栈（else部分）。结果为 then 部分或者 else 部分返回的值，不一定为0或者1

D）比较操作符 ：

    对于 MIN/MAX 操作符来说，从堆栈中 pop 出两个操作符，并把较大/小的那个重新入栈。如果其中有一个 unknown ，则结果为 unknonw

    对于 LIMIT 操作符来说，先从堆栈中 pop 出2个操作数，作为边界的定义；再 pop 出1个操作数，比较该操作数是否落在前面定义的范围内。
   
    如果是则把最后 pop 出的那个元素重新入栈；否则把 UNKN 值入栈；注意，是 UNKN ，不是 0

E）算术操作符 ：根据操作符 pop 出所需数量的操作数，并把算术运算的结果重新入栈

F）数据集操作符 ：

对于 SORT、REV 来说，先从堆栈中 POP 出一个元素，该元素的值就是下面要 pop 出的元素的数量。然后对堆栈从上到下的若干个元素

由第一次 pop 的出的那个元素的值决定）进行排序/反向排序。结果再重新入栈。

注意 ：由于堆栈的特点是后进先出，所以要操作的元素是从SORT操作符往左方向计数。例如v1,v2,v3,v4,3,SORT是对 v2~v4 排序，

         不是对 v1~v3 排序。   这点在书写 RPN 时要特别注意。

注意 ：SORT 操作是最小值在堆栈的最顶部；REV 则相反，最小值是在堆栈的最顶部。

对于 AVG 操作来说，同样是先 pop 出1个元素，并按照指定的数量对后续的若干个操作数进行操作，但结果只有一个数值，并入栈。


G）特殊值 ：

UNKN 表示压入一个 UNKN 值；INF、NEINF 分别表示把 INF、NEINF 值压入堆栈

H）时间操作符 ：

TIME 返回当前所提取的记录的 timestamp ，注意 TIME 直接返回当前记录的 timestamp ，不用任何参数

NOW 返回当前时间，同样 NOW 不用任何参数

I）堆栈操作符 ：

POP ：弹出堆栈的最顶部的那个元素

   EXC ：交换堆栈顶部的第一个和第二个元素的值

五）如何阅读 RPN

A）首先按照从左到右的顺序，找出第一个 RPN 操作符，并根据上一节的内容，对相应的操作数进行操作

B）操作结果分成两种 ：

如果是一个值，直接替换掉该部分 RPN 

如果是多个值（数据集操作，但 AVG 操作只返回一个值），则结果可能为多个数值。则把这若干个数值用 ‘,’ 隔开，替换原来那部分 RPN 

C）如此循环，一直到整个 RPN 只返回一个值为止

六、RPN 实例

A）布尔型操作符 ：2,1,GE 表示 2>=1 ；

B）特殊值比较符 ：mydata,UN 表示 mydata == UNKNOWN 

C）条件操作符 ：mydata,UN,0,mydata,IF 表示如果 mydata 等于 UNKNOWN ，则返回 0；否则还是返回 mydata 本身

D）比较操作符 ：mydata,20,MAX 表示返回 mydata，20 这两个数值中较大的一个；alpha,0,100,LIMIT 表示测试 alpha 的值是否小于等于0，大于等于100；

E）算术操作符 ：1,2,- 表示 1-2=-1

F）数据集操作符 ：

v1,v2,v3,v4,v5,4,SORT 表示对 v1~v4 进行正向排序，结果堆栈中还是有5个元素；

v1,v2,v3,v4,3,AVG,+,2,/ 表示对 v4,v3,v2 进行求平均值，并把结果入栈。假设v2~v4的结果为 k ，则为 v1,k,+,2,/ 也就是返回 (v1+k)/2

G）特殊值 ：mydata,0,GT,UNKN,mydata,IF 表示如果 mydata 大于 0则返回 UNKNOWN ，否则还是 mydata 

H）时间操作符 ： TIME,`date –d “2006-10-01 10:00” +%s`,GT,0,1,IF 表示如果当前记录的采集时间是在 2006-10-01 10:00 之后就返回1，否则返回 0

I）堆栈操作符 ：POP 就立即弹出第一个元素


七）如何表示 AND、OR 关系

A）我们知道 RPN 表达式的值除非0，否则都认为是 true

B）我们可以利用 加法操作和乘法操作来实现 OR 和 AND 的逻辑关系；如果两个 RPN 表达式的值相加不等于0，就一定为 true ；

    如果两个 RPN 表达式的值相乘不等于0，就一定为 true

C）AND 关系的例子 ：例如要比较某个值（15，9）是否在特定范围内可以用 :

15,10,GT,15,20,LT,* ，结果就是（15>10）*（15 < 20）= 1 * 1 =1 ，所以为 true

    9,10,GT,9,20,LT,* ，结果就是 （9 >10）* （ 9 < 20）= 0 * 1 =0 ，所以为 false

D）OR 关系的例子：同上例如要比较某个值(7,15)小于10，或者大于20：

    7,10,LT,7,20,GT,+ ，结果为 （7 < 10）+ （7 > 20） = 1+0 = 1,所以为 true

    15,10,LT,15,20,GT,+ ，结果为 ( 15 < 10) + ( 15 > 20) = 0 + 0 =0 ，所以为 false

E）不过使用 + 需要注意一个地方 ：相加的双方都必须是正数，否则可能出现问题，例如一个正数（-5，true）和另外一个正数（5，true）相加为0（false）

如果是按照 OR 的关系，应该是 true 的，但结果变成0（false），所以在使用 + 来表示 OR 的关系时，要注意该问题

F）使用 * 则没有该问题了，正数 * 负数 = 负数 （true）。所以如果遇到 OR 关系的时候，可以转换为 AND 关系来计算。

    例如要表达 (x < a) OR ( x > b) 的关系，可以改为 (x >a) AND ( x < b ) ，诀窍就是把比较操作符调反方向，把 + 改为 *

八）实例

实例1：例如要看 eth0的总流量，可以用如下的定义

CODE:

DEF:value1=eth0.rrd:eth0_in:AVERAGE \
DEF:value2=eth0.rrd:eth0_out:AVERAGE \
CDEF:value3=value1,value2,+ \
AREA:value3#ff0000:”total”

实例2 ：假设我们要把 eth0 和 lo 的流入流量相加，得出总的流入流量

CODE:

DEF:value1=eth0.rrd:eth0_in:AVERAGE \
DEF:value2=lo.rrd:lo_out:AVERAGE \
CDEF:value3=value2,UN,0,value2,IF \
CDEF:value4=value1,value3,+ \
AREA:value4#00ff00:”total in”

由于 lo.rrd 一直没有数据插入，所以一直都是 NaN ，如果直接把 value1 和 value2 相加，由于 value2 是 UNKNOWN，

所以相加的结果也是 UNKNOWN 。图表上将什么都不显示，所以需要对 value2 进行判断，如果 value2 的值 UNKNOWN （value2,UN），

则返回0，否则返回 value2 本身。然后把这个值赋予变量 value3 ，最后把 value1 和 value3 相加，才得出真正入流量

实例3 ：只看 eth0 中流量大于 10Mb/s 的部分，其余不看

CODE:

DEF:value1=eth0.rrd:eth0_in:AVERAGE \
DEF:value2=eth0.rrd:eth0-_out:AVERAGE \
CDEF:value3=value1,1000000,GT,value1,UNKN,IF \
CDEF:value4=value2,1000000,GT,value2,UNKN,IF \
AREA:value3#00ff00:”traffic_in \> 10M\/s” \
AREA:value4#ff0000:”traffic_out \> 10Mb\/s”:STACK

实例4 ：只绘制特定时间段（在 2006/11/29 10:30 ~ 2006/11/29 12:30）的数据

CODE:

DEF:value1=eth0.rrd:eth0_in:AVERAGE \
DEF:value2=eth0.rrd:eth0_out:AVERAGE \
CDEF:value3=TIME,$(date –d ‘2006-11-29 10:30’ +%s),GT,TIME,$(date –d '2006-11-29 12:30' +%s),LT,*,value1,UNKN,IF \
CDEF:value4=TIME,$(date –d ‘2006-11-29 12:30’ +%s),GT,TIME,$(date –d '2006-11-29 13:30' +%s),LT,*,value2,UNKN,IF \
AREA:value3#00ff00:”traffic_in” \
AREA:value4#ff0000:”traffic_out”:STACK

九、完结

相信到目前为止，大家对 RRDtool 的认识应该更深了吧。一定要多做实验，这样才能做到熟能生巧，灵活应用。

其实剩下的还有 xport、dump、restore、resize、tune、rrdcgi 几个操作没讲，而且有一些应用经验方面的东西也没有提到，

不过想要全部写出来，可能太耗时间和精力了，这些东西足足写了我2个星期才写完。中间还要不断的做实验以验证正确性，怕误导了大家。

如果需要的话，可以自己下载官方文档学习，或者能有热心的朋友补充就更好了，^_^ 。

十、 本人的一点学习体会

   本人从开始看 RRDtool 官方文档到开始写这篇教程，差不多用了2个月。 RRDtool 比学习 MRTG 难多了，资料少，RRDtool 的中文资料目前就只有 abel兄写的那一篇教程，如果没有实际的上机操作，是不可能看懂的，所以 abel 兄也特别交代这点。如果只一心想速成，到头来反而吃亏的是自己。

象sendmail、bind 这些服务器的配置，随便在 google 上都可以搜到一大把所谓的“快速入门”，很多人也都照着做了。但明明别人可以的，为什么轮到自己

却失败呢？相信这是很多人心中曾有的郁闷经历。其实归根到底就是基础的问题，再深入一些就是学习心态的问题。“不积跬步，无以至千里；不积小流,无以成江海”。

配置一个服务器并不是照抄配置就可以的。环境的不同，需求的不同这些因素都要考虑在内。怎么可能做到完全一样呢？同一个语句换个环境可能就不行了。所以我很

少看那些所谓的快速入门，要么看 manual ，要么看书（说到这里，感觉 O’Reilly 的书真是不错！^_^），如果是象 RRDtool这种的，就只好看官方文档了。

   学习的同时也要注意选择好的教材。有时候一本好书能带给无穷的好处。这点在我第一次看 O’Reilly 的 《dns & bind 4th》就有感觉，老外的书很注重循序渐进，
  
通常他们都是从某个实际工作环境的一个小例子说起，逐步引入各个命令、配置语句。然后随着需求的壮大，不断引入新的内容，最后形成一个总体。这样看完后会心中会

有一个整体的框架和概念。不象国内一些书，毫不顾及条理，一上来就讲语法、命令，搞得读者很快都没有兴趣。这样的书可谓害人不浅。

同时也建议大家读英文原版的书。为什么呢？虽然中文的看起来快一些，但学习不是竞走比赛。不是比谁看的快，而是比谁学的牢。英文书的词汇其实都是专业词汇，

只要看多了，自然记住了。实在记不住，可以用金山词霸等工具辅助。俺的英文水平只有二级，但并不妨碍我看书。况且看英文书，有一个“英文→中文”的转换的过程。就

是揣摩作者这句话的含义，或者说这句话应该如何翻译好。有些人觉得这个没有什么，但我觉得这个过程是你弄清作者思想的重要步骤。在你不断的揣摩中，可能会有不同

的理解，直到你认为这是最正确的那一种解释为止。如果是看中文书，可能会由于惰性，比较容易就接受作者的想法，而失去这个主动我思考的过程。

   一时有感而发，胡乱写了一通，请各位朋友见谅了。

   书山有路勤为径，学海无涯苦做舟！

愿以该座右铭和各位有志于Linux的朋友一起共勉！