动手实现一个适用于.NET Core 的诊断工具-技术圈

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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。

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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

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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。

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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()    {        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 Get(){    List 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

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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。

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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 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。

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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。

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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 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。

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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

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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()    {        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

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我们可以使用VS或者 PerfView 打开它

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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！