动手实现一个适用于.NET Core 的诊断工具

前言

大家可能对诊断工具并不陌生，从大名鼎鼎的 dotTrace，到 .NET CLI 推出的一系列的高效诊断组件（dotnet trace,dotnet sos,dotnet dump）等, 这些工具提升了对程序Debug的能力和效率，可以让开发人员从更高层次的维度来发现程序中的问题。

今天我们针对于.NET Core, 尝试动手实现一个简单的诊断工具，在保证对程序无侵入（不修改代码和配置）的前提下，我们尝试获取程序的运行信息，包括内存，线程，垃圾回收，异常等。

这里可能会有小伙伴说，我可以用C++编写然后利用Profiling API实现，类似于OneAPM，Datadog 自动探针的形式来收集数据，当然也可以，不过今天我们主要用到了 Microsoft.Diagnostics.NETCore.Client，运行时团队给开发人员提供了更简单和友好的组件。

初始化项目

首先，我们需要创建两个.NET Core 的项目，一个是C#的控制台项目，名字叫ConsoleApp,这是我们的诊断程序,另一个是普通的WebAPI，我们需要对这个API项目进行诊断分析。

然后在控制台项目上通过Nuget引入诊断组件，分别是 Microsoft.Diagnostics.NETCore.Client,Microsoft.Diagnostics.Tracing.TraceEvent

1.获取正在运行的程序列表

在无侵入的情况下，我们首先需要获取到运行的dotnet程序，包括进程的名字和PID，在多个dotnet项目中，我们后边都会通过PID来对特定的程序进行诊断。 修改ConsoleApp的Program.cs如下，这里主要用到了 GetPublishedProcesses 方法。

class Program
{
	static void Main(string[] args)
	{
		if (args.Any())
		{
			switch (args[0])
			{
				case "ps": PrintProcessStatus(); break; 
			}
		}
	}

	public static void PrintProcessStatus()
	{
		var processes = DiagnosticsClient.GetPublishedProcesses()
			.Select(Process.GetProcessById)
			.Where(process => process != null);

		foreach (var process in processes)
		{
			Console.WriteLine($"ProcessId: {process.Id}");
			Console.WriteLine($"ProcessName: {process.ProcessName}");
			Console.WriteLine($"StartTime: {process.StartTime}");
			Console.WriteLine($"Threads: {process.Threads.Count}");

			Console.WriteLine();
			Console.WriteLine();
		}

	}
}

修改完成后，我们用命令行启动项目，WebAPI 项目运行dotnet run命令 , 启动之后，ConsoleApp 再运行 dotnet run ps命令，ps 是我们传入的参数，我们可以在控制台上看到正在运行的进程信息，我们主要会用到pid。

2.获取 GC 信息

我们创建了一个 DiagnosticsClient的实例，在构造函数中传入了processId进程ID，然后开启了一个有关GC信息的会话，最后订阅了CLR相关的事件回调，输出了事件名称EventName到控制台。

static void Main(string[] args)
{
	if (args.Any())
	{
		switch (args[0])
		{
			case "ps": PrintProcessStatus(); break;
			case "runtime": PrintRuntime(int.Parse(args[1])); break;
		}
	}
} 

public static void PrintRuntime(int processId)
{ 
	var providers = new List<EventPipeProvider>()
	{
		new ("Microsoft-Windows-DotNETRuntime",EventLevel.Informational, (long)ClrTraceEventParser.Keywords.GC)

	};

	var client = new DiagnosticsClient(processId);
	using (var session = client.StartEventPipeSession(providers, false))
	{
		var source = new EventPipeEventSource(session.EventStream);

		source.Clr.All += (TraceEvent obj) =>
		{
			Console.WriteLine(obj.EventName);
		};

		try
		{
			source.Process();
		}
		catch (Exception e)
		{
			Console.WriteLine(e.ToString());
		}
	}
} 

接下来，我们修改一下WebAPI的代码，在控制器中的方法中创建了一个集合，并且添加了很多数据。

[HttpGet]
public IEnumerable<WeatherForecast> Get()
{
    List<string> list = new ();

    for (int i = 0; i < 1000000; i++)
    {
        list.Add(i.ToString());
    } 


    var rng = new Random();
    return Enumerable.Range(1, 5).Select(index => new WeatherForecast
    {
                Date = DateTime.Now.AddDays(index),
                TemperatureC = rng.Next(-20, 55),
                Summary = Summaries[rng.Next(Summaries.Length)]
    }).ToArray();
}

同样，我们首先通过 dotnet run 命令启动WebAPI项目，然后 dotnet run ps 启动ConsoleApp项目，控制台会输出 webapi 项目的进程信息,我这里的pid是3832

然后在控制台项目中运行 dotnet run runtime 3832, runtime 和 3832 都是我们传入的参数， 然后开启一个新的命令行窗口，通过curl访问几次webapi的接口，当然你也可以在浏览器中访问，我们发现，在右边的控制台项目输出了GC的相关信息, 这里我们只输出了事件名，实际上我们可以拿到更多的数据信息。

3.获取异常信息

同样的，我们先修改WebApi项目，手动抛出一个异常。

[HttpGet]
public IEnumerable<WeatherForecast> Get()
{
       throw new Exception("error");

       var rng = new Random();
       return Enumerable.Range(1, 5).Select(index => new WeatherForecast
       {
                Date = DateTime.Now.AddDays(index),
                TemperatureC = rng.Next(-20, 55),
                Summary = Summaries[rng.Next(Summaries.Length)]
        }).ToArray();
}

在控制台项目中，我们只需要改动一个Keywords 枚举，就是把 ClrTraceEventParser.Keywords.GC 改成 ClrTraceEventParser.Keywords.Exception，当然这里支持了其他更多的类型。

修改完成后，我们先启动 WebApi 项目，然后在ConsoleApp中先运行 dotnet run ps,查看webapi的进程id，然后再运行 dotnet run runtime 13600, 最后我们通过 curl 命令或者浏览器访问webapi的接口，同样，在右边的ConsoleApp中，输出了异常的相关事件信息。

在上面的代码中，我手动抛出一个异常，我们的诊断工具ConsoleApp是可以获取到相关的异常信息，那我用try，catch 把异常吃掉呢？它还能捕获到异常吗？

[HttpGet]
public IEnumerable<WeatherForecast> Get()
{
      try
      {
           Convert.ToInt32("sss");
      }
      catch (Exception ex)
      {
           Console.WriteLine(ex.ToString()); 
      }  

      var rng = new Random();
      return Enumerable.Range(1, 5).Select(index => new WeatherForecast
      {
                Date = DateTime.Now.AddDays(index),
                TemperatureC = rng.Next(-20, 55),
                Summary = Summaries[rng.Next(Summaries.Length)]
      }).ToArray();
 }

修改代码后，我们重新运行webapi和诊断工具ConsoleApp，访问api接口时，你会发现，就算我们用try,catch 吃掉了异常，它仍然会输出异常信息。

4. 生成Dump文件

通过 Microsoft.Diagnostics.NETCore.Client 组件，我们可以很方便的为程序生生成Dump文件，然后可以用 windbg 工具来进行分析。

修改控制台项目ConsoleApp的Program.cs如下:

 static void Main(string[] args)
 {
            if (args.Any())
            {
                switch (args[0])
                {
                    case "ps": PrintProcessStatus(); break;
                    case "runtime": PrintRuntime(int.Parse(args[1])); break;
                    case "dump": Dump(int.Parse(args[1])); break;
                }
            }
}

public static void Dump(int processId)
{
     var client = new DiagnosticsClient(processId);
     client.WriteDump(DumpType.Normal, @"mydump.dmp", false);
}

修改完成后，启动webapi项目和控制台项目，在控制台项目中运行 dotnet run dump 13288 命令，它会在webapi的目录下，生成程序的dump文件

5.生成 Trace 文件

同样，我们可以很方便的生成 Trace 文件，它可以分析到CPU的函数执行耗时情况，它的格式是.nettrace, 你可以直接用VS 2017及以上或者 PerfView 工具打开。

修改控制台项目ConsoleApp的Program.cs如下:

static void Main(string[] args)
{
    if (args.Any())
    {
        switch (args[0])
        {
            case "ps": PrintProcessStatus(); break;
            case "runtime": PrintRuntime(int.Parse(args[1])); break;
            case "dump": Dump(int.Parse(args[1])); break;
            case "trace": Trace(int.Parse(args[1])); break;
        }
    }
}

public static void Trace(int processId)
{
    var cpuProviders = new List<EventPipeProvider>()
    {
        new EventPipeProvider("Microsoft-Windows-DotNETRuntime", EventLevel.Informational, (long)ClrTraceEventParser.Keywords.Default),
        new EventPipeProvider("Microsoft-DotNETCore-SampleProfiler", EventLevel.Informational, (long)ClrTraceEventParser.Keywords.None)
    };
    var client = new DiagnosticsClient(processId);
    using (var traceSession = client.StartEventPipeSession(cpuProviders))
    {
        Task.Run(async () =>
        {
            using (FileStream fs = new FileStream(@"mytrace.nettrace", FileMode.Create, FileAccess.Write))
            {
                await traceSession.EventStream.CopyToAsync(fs);
            }

        }).Wait(10 * 1000);

        traceSession.Stop();
    }
}

修改完成后，启动webapi项目和控制台项目，在控制台项目中运行 dotnet run trace 13288命令，trace和13288都是参数，它会在控制台项目的目录下，生成 mytrace.nettrace文件

我们可以使用VS或者 PerfView 打开它

总结

其实在.NET Core CLI 中，已经提供了高度可用的一系列诊断工具，dotnet-trace,dotnet-dump 等等，Microsoft.Diagnostics.NETCore.Client 提供了非常友好和高层次的API，不仅仅是文中这些， 我们可以用C#代码，来完成对CLR层面的一些操作，来帮助我们发掘对程序诊断的更多可能性。

示例代码都已经上传到 https://github.com/SpringLeee/DiagnosticDemo，觉得不错的就给我点个赞吧！

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