健康狀態監視

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本內容節錄自《容器化 .NET 應用程式的 .NET 微服務架構》(.NET Microservices Architecture for Containerized .NET Applications) 電子書，可以在 .NET Docs 上取得，或免費下載可供離線閱讀的 PDF。

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健康狀態監視功能可提供近即時的容器和微服務狀態資訊。 健康狀態監視功能對微服務運作的各方面來說都非常重要，尤其當協調器要分階段執行部分應用程式升級時更是如此，如稍後所說明。

微服務應用程式通常使用活動訊號或健康狀態檢查，使其效能監視器、排程器及協調器可以追蹤許多服務。 如果服務無法視需求或依排程傳送「運作正常」的訊號，當您部署更新時應用程式可能會面臨風險，或可能會太晚偵測到失敗，讓故障一發不可收拾，進而導致全面中斷。

在一般模型中，服務會傳送其狀態報告，而該彙總資訊可提供應用程式健康狀態的整體檢視。 如果您是使用協調器，則可以提供健康情況資訊給協調器的叢集，使叢集可以據以採取行動。 如果您為應用程式投入自訂的高品質健康情況報告，即可更輕鬆地偵測執行中的應用程式並修正問題。

在 ASP.NET Core 服務中實作健康情況檢查

在開發 ASP.NET Core 微服務或 Web 應用程式時，您可以使用 ASP.NET Core 2.2 中發行的內建健康情況檢查功能 (Microsoft.Extensions.Diagnostics.HealthChecks)。 如同許多 ASP.NET Core 功能，健康情況檢查隨附一組服務與中介軟體。

健康情況服務和中介軟體不僅簡單易用，還提供功能讓您驗證應用程式所需的任何外部資源 (例如 SQL Server 資料庫或遠端 API) 是否正常運作。 使用這個功能時，您也可以自行決定何種情況下表示資源狀況良好，如我們稍後所說明。

若要有效地使用這個功能，您需要先在微服務中設定服務。 接著，您需要可查詢健康狀態報告的前端應用程式。 這裡的前端應用程式可能是自訂的報告應用程式，或能根據健康情況採取動作的協調器本身。

在您的後端 ASP.NET 微服務中使用 HealthChecks 功能

在本節中，您將了解如何在使用 Microsoft.Extensions.Diagnostics.HealthChecks 套件時，在範例 ASP.NET Core 8.0 Web API 應用程式中實作 HealthChecks 功能。 在大規模微服務 (例如 eShopOnContainers) 實作這個功能，下一節將有所說明。

首先，您需要為每個微服務定義健康狀態良好的構成項目。 在範例應用程式中，如果可透過 HTTP 存取微服務 API 且其相關 SQL Server 資料庫亦可供存取，我們會將微服務定義為健康狀態良好。

在 .NET 8 中，您可以使用內建 API 來設定服務，並以下列方式新增微服務及其相關 SQL Server 資料庫的健康情況檢查：

// Program.cs from .NET 8 Web API sample

//...
// Registers required services for health checks
builder.Services.AddHealthChecks()
    // Add a health check for a SQL Server database
    .AddCheck(
        "OrderingDB-check",
        new SqlConnectionHealthCheck(builder.Configuration["ConnectionString"]),
        HealthStatus.Unhealthy,
        new string[] { "orderingdb" });

在上述程式碼中，services.AddHealthChecks() 方法會設定基本 HTTP 檢查，傳回狀態碼 200，表示「良好」。 此外，AddCheck() 擴充方法會設定一個自訂 SqlConnectionHealthCheck，檢查相關 SQL Database 的健康情況。

AddCheck() 方法會使用指定的名稱和類型為 IHealthCheck 的實作來新增健康情況檢查。 您可以使用 AddCheck 方法新增多個健康情況檢查，讓微服務不會提供「良好」狀態，直到其所有檢查皆為良好為止。

SqlConnectionHealthCheck 是一種自訂類別，其會實作 IHealthCheck，而此實作會採取連接字串作為建構函式參數，並執行簡單查詢，以檢查 SQL 資料庫的連線是否成功。 如果查詢執行成功，則它會傳回 HealthCheckResult.Healthy()，若失敗，則會傳回 FailureStatus 與實際例外狀況。

// Sample SQL Connection Health Check
public class SqlConnectionHealthCheck : IHealthCheck
{
    private const string DefaultTestQuery = "Select 1";

    public string ConnectionString { get; }

    public string TestQuery { get; }

    public SqlConnectionHealthCheck(string connectionString)
        : this(connectionString, testQuery: DefaultTestQuery)
    {
    }

    public SqlConnectionHealthCheck(string connectionString, string testQuery)
    {
        ConnectionString = connectionString ?? throw new ArgumentNullException(nameof(connectionString));
        TestQuery = testQuery;
    }

    public async Task<HealthCheckResult> CheckHealthAsync(HealthCheckContext context, CancellationToken cancellationToken = default(CancellationToken))
    {
        using (var connection = new SqlConnection(ConnectionString))
        {
            try
            {
                await connection.OpenAsync(cancellationToken);

                if (TestQuery != null)
                {
                    var command = connection.CreateCommand();
                    command.CommandText = TestQuery;

                    await command.ExecuteNonQueryAsync(cancellationToken);
                }
            }
            catch (DbException ex)
            {
                return new HealthCheckResult(status: context.Registration.FailureStatus, exception: ex);
            }
        }

        return HealthCheckResult.Healthy();
    }
}

請注意，在上述程式碼中，Select 1 是用來檢查資料庫健康情況的查詢。 為了監視您的微服務可用性，Kubernetes 這類協調器會傳送測試微服務的要求，以定期執行健康情況檢查。 請務必讓您的資料庫查詢保持效率，以便這些作業可以快速執行，但不會產生更高的資源使用率。

最後，新增可回應 url 路徑 /hc 的中介軟體：

// Program.cs from .NET 8 Web Api sample

app.MapHealthChecks("/hc");

叫用端點 <yourmicroservice>/hc 時，它會執行啟動類別中 AddHealthChecks() 方法內所設定的所有健康狀態檢查，並顯示結果。

eShopOnContainers 中的 HealthChecks 實作

eShopOnContainers 中的微服務依賴多個服務來執行其工作。 例如，來自 eShopOnContainers 的 Catalog.API 微服務依賴多個服務，例如 Azure Blob 儲存體、SQL Server 和 RabbitMQ。 因此，它具有數個使用 AddCheck() 方法新增的健康情況檢查。 對於每項相依服務，需要新增自訂 IHealthCheck 實作，以定義其各自的健康情況狀態。

開放原始碼專案 AspNetCore.Diagnostics.HealthChecks 解決了這個問題，方法為針對建置於 .NET 8 之上的各項企業服務提供自訂健康情況檢查實作。 每個健康情況檢查都可當成個別 NuGet 套件提供，然後便可輕鬆地將其新增至專案。 eShopOnContainers 會在其所有的微服務中廣泛使用它們。

例如，在 Catalog.API 微服務中，已新增下列 NuGet 套件：

Screenshot of the AspNetCore.Diagnostics.HealthChecks NuGet packages.

圖 8-7。 目錄 API 中使用 AspNetCore.Diagnostics.HealthChecks 實作的自訂健康情況檢查

在下列程式碼中，已針對每個相依服務新增健康情況檢查實作，然後設定中介軟體：

// Extension method from Catalog.api microservice
//
public static IServiceCollection AddCustomHealthCheck(this IServiceCollection services, IConfiguration configuration)
{
    var accountName = configuration.GetValue<string>("AzureStorageAccountName");
    var accountKey = configuration.GetValue<string>("AzureStorageAccountKey");

    var hcBuilder = services.AddHealthChecks();

    hcBuilder
        .AddSqlServer(
            configuration["ConnectionString"],
            name: "CatalogDB-check",
            tags: new string[] { "catalogdb" });

    if (!string.IsNullOrEmpty(accountName) && !string.IsNullOrEmpty(accountKey))
    {
        hcBuilder
            .AddAzureBlobStorage(
                $"DefaultEndpointsProtocol=https;AccountName={accountName};AccountKey={accountKey};EndpointSuffix=core.windows.net",
                name: "catalog-storage-check",
                tags: new string[] { "catalogstorage" });
    }
    if (configuration.GetValue<bool>("AzureServiceBusEnabled"))
    {
        hcBuilder
            .AddAzureServiceBusTopic(
                configuration["EventBusConnection"],
                topicName: "eshop_event_bus",
                name: "catalog-servicebus-check",
                tags: new string[] { "servicebus" });
    }
    else
    {
        hcBuilder
            .AddRabbitMQ(
                $"amqp://{configuration["EventBusConnection"]}",
                name: "catalog-rabbitmqbus-check",
                tags: new string[] { "rabbitmqbus" });
    }

    return services;
}

最後，新增 HealthCheck 中介軟體來接聽 "/hc" 端點：

// HealthCheck middleware
app.UseHealthChecks("/hc", new HealthCheckOptions()
{
    Predicate = _ => true,
    ResponseWriter = UIResponseWriter.WriteHealthCheckUIResponse
});

查詢微服務以報告其健康情況

完成此文章中說明的健康情況檢查設定並在 Docker 中開始執行微服務之後，您就可以直接從瀏覽器檢查微服務的健康情況。 您必須在 Docker 主機中發佈容器連接埠，以便透過外部 Docker 主機 IP 或 host.docker.internal 存取容器，如圖 8-8 所示。

Screenshot of the JSON response returned by a health check.

圖 8-8。 從瀏覽器檢查單一服務的健康狀態

在這個測試中，您可以看到 Catalog.API 微服務 (執行於連接埠 5101 上) 良好，並以 JSON 形式傳回 HTTP 狀態 200 和狀態資訊。 服務也已內部檢查其 SQL Server 資料庫相依性和RabbitMQ 的健康情況，因此健康情況檢查已自行回報良好。

使用監視程式

監視程式是一種可以跨服務監看健康情況和負載的個別服務，它會查詢稍早說明過的 HealthChecks 程式庫以回報微服務的健康情況。 這可協助防止從單一服務角度無法偵測出的錯誤。 監視程式也是裝載程式碼的好地方，以針對已知情況執行修復動作，而不需使用者互動。

eShopOnContainers 範例包含顯示範例健康情況檢查報告的網頁，如圖 8-9 所示。 這是一種最簡單的監視程式，因為它只會顯示 eShopOnContainers 中的微服務和 Web 應用程式狀態。 通常監視程式也會在偵測到健康狀態不良時採取動作。

幸好，AspNetCore.Diagnostics.HealthChecks 也會提供 AspNetCore.HealthChecks.UI NuGet 套件，其可用來顯示所設定 URI 中的健康情況檢查結果。

Screenshot of the Health Checks UI eShopOnContainers health statuses.

圖 8-9。 eShopOnContainers 中的範例健康狀態檢查報告

總而言之，此監視程式服務會查詢每個微服務的 "/hc" 端點。 其會執行端點中定義的所有健康狀態檢查，並根據這所有檢查傳回整體健康狀態。 HealthChecksUI 輕鬆耗用幾個設定項目，以及兩行程式碼，而此程式碼需要新增至監視程式服務的 Startup.cs。

健康情況檢查 UI 的樣本組態檔：

// Configuration
{
  "HealthChecksUI": {
    "HealthChecks": [
      {
        "Name": "Ordering HTTP Check",
        "Uri": "http://host.docker.internal:5102/hc"
      },
      {
        "Name": "Ordering HTTP Background Check",
        "Uri": "http://host.docker.internal:5111/hc"
      },
      //...
    ]}
}

新增 HealthChecksUI 的 Program.cs 檔案：

// Program.cs from WebStatus(Watch Dog) service
//
// Registers required services for health checks
builder.Services.AddHealthChecksUI();
// build the app, register other middleware
app.UseHealthChecksUI(config => config.UIPath = "/hc-ui");

使用協調器時的健康狀態檢查

為了監視您的微服務可用性，Kubernetes 和 Service Fabric 這類協調器會傳送測試微服務的要求，以定期執行健康情況檢查。 當協調器判斷某個服務/容器健康狀態不良時，它會停止將要求路由至該執行個體。 它通常也會建立該容器的新執行個體。

比方說，大部分協調器可以使用健康狀態檢查來管理零停機部署。 只有當服務/容器的狀態變更為健康狀態良好時，協調器才會開始將流量路由到服務/容器的執行個體。

當協調器執行應用程式升級時，健康狀態監視尤為重要。 某些協調器 (例如 Azure Service Fabric) 會分階段升級服務 — 例如，它們可能會為每個應用程式升級進行五分之一的叢集介面更新。 在相同時間升級的一組節點即為一個「升級網域」。 每個升級網域都已升級並可供使用者使用之後，該升級網域還必須通過健康狀態檢查，部署才會移到下一個升級網域。

服務健康狀態的另一個重點是服務的報告計量。 這是 Service Fabric 等協調器的一項健康狀態模型進階功能。 使用協調器時，計量非常重要，因為其可用來平衡資源使用狀況。 計量也是系統健康狀態的指標。 比方說，您的應用程式可能有許多微服務，而每個執行個體都會報告每秒要求數 (RPS) 計量。 如果某一個服務比其他服務使用更多資源 (記憶體、處理器等)，協調器可以在叢集中移動服務執行個體，以嘗試維護平均的資源使用率。

請注意，Azure Service Fabric 隨附的健康情況監視模型比簡單的健康情況檢查更進階。

進階監視：視覺效果、分析和警示

監視的最後一個部分是視覺化事件資料流、報告服務效能，並在偵測到問題時發出警示。 您可以使用不同解決方案來進行這方面的監視。

您可以使用簡單的自訂應用程式以顯示服務狀態，例如在說明 AspNetCore.Diagnostics.HealthChecks 時介紹過的自訂頁面。 或者，您可以使用 Azure 監視器這類更進階的工具，以依據事件資料流來發出警示。

最後，如果您已儲存所有事件資料流，即可使用 Microsoft Power BI 或 Kibana 或 Splunk 等其他解決方案來視覺化資料。

其他資源

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