用 Sidecar 容器为 .NET Core 应用做诊断和性能分析

在微服务架构和云原生应用广泛采用的今天，.NET Core 应用被越来越多地部署在 Kubernetes 集群中。然而，一旦这些应用出现性能瓶颈，仅靠传统的日志和指标可能无法定位问题的根本原因。
从 .NET Core 3 开始，微软推出了一系列跨平台的运行时诊断工具，比如：

• dotnet-counters：用于查看实时性能计数器
  
• dotnet-dump：抓取和分析内存转储
  
• dotnet-trace：采集运行时事件和 CPU 栈信息
  
• dotnet-gcdump：采集垃圾回收（GC）相关信息
  

这些工具通过 .NET Core 的 Diagnostic Server 与目标进程进行通信，在 Linux 系统中，它们通过 Unix Domain Socket 进行 IPC 交互。默认的 Socket 文件位于 /tmp 目录下。
使用 Sidecar 模式部署诊断工具

在容器环境下部署诊断工具通常有两种方式：

• 将工具和应用程序打包在同一个镜像中
  
• 使用 sidecar 容器独立运行诊断工具
  

第一种方式会导致镜像体积变大，且工具升级不方便。因此，推荐使用 Sidecar 容器：它与主容器在同一个 Pod 中运行，共享网络和存储卷，适合部署监控或日志收集等辅助任务。
我们将构建一个 Sidecar 模式的诊断方案，解决以下三个关键问题：

• 如何从 Sidecar 容器访问主容器内的 .NET Core 进程
  
• 如何共享 /tmp 目录以建立 IPC 通道
  
• 如何持久化诊断数据
  

案例演示：分析一个 ASP.NET Core Worker Service

首先，我们创建一个简单的 Worker Service 应用，它会周期性计算某个位置的质数（模拟 CPU 密集型任务）：

1. _logger.LogInformation("Prime number at position {position} is {value}", pos, FindPrimeNumber(pos));

复制代码

然后为该应用构建镜像并推送到容器仓库（如 Docker Hub 或 Azure 容器注册表）。
接着，我们构建第二个容器镜像，下面是我们构建该 Sidecar 容器镜像所用的 Dockerfile：

1. FROM mcr.microsoft.com/dotnet/sdk:5.0 as tools
3. # 安装所需的 .NET 诊断工具
4. RUN dotnet tool install --tool-path /tools dotnet-trace
5. RUN dotnet tool install --tool-path /tools dotnet-dump
6. RUN dotnet tool install --tool-path /tools dotnet-counters
8. # 使用更小的运行时镜像作为最终镜像，减少体积
9. FROM mcr.microsoft.com/dotnet/runtime:5.0 AS runtime
11. # 将工具复制到最终镜像中
12. COPY --from=tools /tools /tools
14. # 添加工具目录到 PATH，确保容器启动后可以直接调用 dotnet 工具
15. ENV PATH="/tools:${PATH}"
16. WORKDIR /tools

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Kubernetes 部署设计

为了持久化诊断数据，我们需要一个挂载的共享存储。在 Azure Kubernetes Service (AKS) 中，我们可以动态创建基于 Azure Files 的存储卷。以下是关键的 YAML 片段：

1. apiVersion: apps/v1
2. kind: Deployment
3. spec:
4.   template:
5.     spec:
6.       shareProcessNamespace: true
7.       containers:
8.         - name: toolbox
9.           image: <your-sidecar-image>
10.           volumeMounts:
11.             - name: tmp
12.               mountPath: /tmp
13.             - name: data
14.               mountPath: /data
15.         - name: app
16.           image: <your-app-image>
17.           volumeMounts:
18.             - name: tmp
19.               mountPath: /tmp
20.       volumes:
21.         - name: tmp
22.           emptyDir: {}
23.         - name: data
24.           persistentVolumeClaim:
25.             claimName: monitor-azfiles

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注意点：

• shareProcessNamespace: true 使得 Sidecar 可以看到主容器的进程
  
• /tmp 目录通过 emptyDir 共享，建立 IPC 通道
  
• Sidecar 容器的 /data 目录挂载 Azure Files 持久卷，用于存储诊断结果
  
• 设置 stdin: true 和 tty: true 保证 Sidecar 容器处于可交互状态
  

部署完成后，你可以使用 kubectl exec 命令进入 Sidecar 容器：

1. kubectl exec -it <pod-name> -n net-worker -c toolbox -- /bin/bash

复制代码

实际运行诊断工具

1. 使用 dotnet-trace 采集追踪数据

首先获取主容器的进程 ID：

1. dotnet-trace ps

复制代码

然后开始采集数据并将其保存到挂载的共享目录中：

1. dotnet-trace collect -p 13 --format Chromium -o /data/trace.json

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下载 /data/trace.json 后，可以用 Chrome 或 Edge 浏览器访问 chrome://tracing 或 edge://tracing 查看可视化结果。
2. 使用 dotnet-counters 查看性能指标

1. dotnet-counters collect --process-id 13 --refresh-interval 10 --output /data/counters --format json

复制代码

同样可以将 JSON 文件下载后用 VS Code 打开分析。
总结

通过将诊断工具打包进 Sidecar 容器，并结合共享的 /tmp 目录和持久卷存储，我们可以在 Kubernetes 中高效、灵活地为 .NET Core 应用进行性能诊断。这种方式解耦了诊断工具与主应用容器，具有良好的可维护性和扩展性。

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