針對 .NET Core 中的高 CPU 使用量進行偵錯

發行項
02/27/2024

本文適用於： ✔️ .NET Core 3.1 SDK 與更新版本

在本教學課程中，您將了解如何針對過多 CPU 使用量情節進行偵錯。使用提供的範例 ASP.NET Core Web 應用程式原始程式碼存放庫，就可以刻意造成死結。端點將會停止回應，並發生執行緒累積。您將了解如何使用各種工具，以利用數個重要診斷資料片段來診斷此情節。

在此教學課程中，您需要：

調查高 CPU 使用量
使用 dotnet-counters 來判斷 CPU 使用量
使用 dotnet-trace 來產生追蹤
PerfView 中的設定檔效能
診斷並解決過多的 CPU 使用量

必要條件

教學課程使用：

.NET Core 3.1 SDK 或更新版本。
範例偵錯目標，以觸發情節。
dotnet-trace，以列出處理序並產生設定檔。
dotnet-counters，以監視 CPU 使用量。

CPU 計數器

嘗試收集診斷資料之前，您需要觀察高 CPU 條件。從專案根目錄中，使用下列命令來執行範例應用程式。

dotnet run

若要尋找處理序識別碼，請使用下列命令：

dotnet-trace ps

記下命令輸出中的處理序識別碼。我們的處理序識別碼是 22884，但您的處理序識別碼將會不同。若要檢查目前 CPU 使用量，請使用 dotnet-counters 工具命令：

dotnet-counters monitor --refresh-interval 1 -p 22884

refresh-interval 是計數器輪詢 CPU 值之間的秒數。輸出應如下所示：

Press p to pause, r to resume, q to quit.
    Status: Running

[System.Runtime]
    % Time in GC since last GC (%)                         0
    Allocation Rate / 1 sec (B)                            0
    CPU Usage (%)                                          0
    Exception Count / 1 sec                                0
    GC Heap Size (MB)                                      4
    Gen 0 GC Count / 60 sec                                0
    Gen 0 Size (B)                                         0
    Gen 1 GC Count / 60 sec                                0
    Gen 1 Size (B)                                         0
    Gen 2 GC Count / 60 sec                                0
    Gen 2 Size (B)                                         0
    LOH Size (B)                                           0
    Monitor Lock Contention Count / 1 sec                  0
    Number of Active Timers                                1
    Number of Assemblies Loaded                          140
    ThreadPool Completed Work Item Count / 1 sec           3
    ThreadPool Queue Length                                0
    ThreadPool Thread Count                                7
    Working Set (MB)                                      63

Web 應用程式正在執行時，於啟動之後，根本不會立即取用 CPU，並且會回報 0%。使用 60000 作為路由參數，以導覽至 api/diagscenario/highcpu 路由：

https://localhost:5001/api/diagscenario/highcpu/60000

現在，重新執行 dotnet-counters 命令。如果只對監視 cpu-usage 計數器感興趣，則請將 '--counters System.Runtime[cpu-usage]' 新增至上一個命令。我們不確定是否正在取用 CPU，因此將會監視與上述相同的計數器清單，以確認計數器值位於應用程式的預期範圍內。

dotnet-counters monitor -p 22884 --refresh-interval 1

您應該會看到 CPU 使用量增加，如下所示 (根據主機機器，預期 CPU 使用量會不同)：

Press p to pause, r to resume, q to quit.
    Status: Running

[System.Runtime]
    % Time in GC since last GC (%)                         0
    Allocation Rate / 1 sec (B)                            0
    CPU Usage (%)                                         25
    Exception Count / 1 sec                                0
    GC Heap Size (MB)                                      4
    Gen 0 GC Count / 60 sec                                0
    Gen 0 Size (B)                                         0
    Gen 1 GC Count / 60 sec                                0
    Gen 1 Size (B)                                         0
    Gen 2 GC Count / 60 sec                                0
    Gen 2 Size (B)                                         0
    LOH Size (B)                                           0
    Monitor Lock Contention Count / 1 sec                  0
    Number of Active Timers                                1
    Number of Assemblies Loaded                          140
    ThreadPool Completed Work Item Count / 1 sec           3
    ThreadPool Queue Length                                0
    ThreadPool Thread Count                                7
    Working Set (MB)                                      63

在要求的持續時間內，CPU 使用量將會停留在已增加的百分比周圍。

提示

若要將更高的 CPU 使用量視覺化，您可以同時在多個瀏覽器索引標籤中執行此端點。

此時，您可以放心地說 CPU 的執行效能高於預期。找出問題的影響是尋找原因的關鍵。除了診斷工具，我們還會使用高 CPU 使用量的效果來找出問題的原因。

使用分析工具來分析高 CPU

分析具有高 CPU 使用量的應用程式時，您需要診斷工具，以深入了解程式碼的作用。一般的選擇是分析工具，而且有不同的分析工具選項可供選擇。 dotnet-trace 可以用於所有作業系統，不過，相較於適用於 Linux 的 'perf' 或適用於 Windows 的 ETW 這類核心感知分析工具，其安全點偏差和僅限受控呼叫堆疊的限制會導致更一般的資訊。如果您的效能調查只涉及受控程式碼，則通常 dotnet-trace 就已足夠。

Linux
Windows

perf 工具可以用來產生 .NET Core 應用程式設定檔。雖然也可以使用 dotnet-trace，但我們將示範此工具。結束範例偵錯目標的先前執行個體。

設定 DOTNET_PerfMapEnabled 環境變數，以讓 .NET 應用程式在 /tmp 目錄中建立 map 檔案。 perf 使用此 map 檔案，以依名稱將 CPU 位址對應至 JIT 產生的函數。如需詳細資訊，請參閱匯出效能對應和 jit 傾印。

注意

.NET 6 會針對設定 .NET Runtime 行為的環境變數，透過前置詞 DOTNET_ (而非 COMPlus_) 進行標準化。不過，COMPlus_ 前置詞將繼續運作。如果使用舊版的 .NET 執行階段，則您仍應對環境變數使用 COMPlus_ 前置詞。

在相同的終端機工作階段中，執行範例偵錯目標。

export DOTNET_PerfMapEnabled=1
dotnet run

再次執行高 CPU API 端點 (https://localhost:5001/api/diagscenario/highcpu/60000)。其在 1 分鐘要求內執行時，請使用您的處理序識別碼來執行 perf 命令：

sudo perf record -p 2266 -g

perf 命令會啟動效能收集處理序。讓它執行大約 20-30 秒，然後按 Ctrl+C 來結束收集處理序。您可以使用相同的 perf 命令來查看追蹤的輸出。

sudo perf report -f

您也可以使用下列命令來產生 flame-graph：

git clone --depth=1 https://github.com/BrendanGregg/FlameGraph
sudo perf script | FlameGraph/stackcollapse-perf.pl | FlameGraph/flamegraph.pl > flamegraph.svg

此命令會產生您可在瀏覽器中檢視以調查效能問題的 flamegraph.svg：

在 Windows 上，您可以使用 dotnet-trace 工具作為分析工具。使用先前的範例偵錯目標，再次執行高 CPU 端點 (https://localhost:5001/api/diagscenario/highcpu/60000)。其在 1 分鐘要求內執行時，請搭配使用 collect 命令與 providers 選項來指定我們想要的提供者：Microsoft-DotNetCore-SampleProfiler，以收集應用程式的追蹤，如下所示：

dotnet-trace collect -p 22884 --providers Microsoft-DotNETCore-SampleProfiler

讓 dotnet-trace 執行大約 20-30 秒，然後按 Enter 以結束收集。結果是位於相同資料夾中的 nettrace 檔案。 nettrace 檔案是在 Windows 上使用現有分析工具的絕佳方式。

使用 PerfView 開啟 nettrace，方法式導覽至 samples/core/diagnostics/DiagnosticScenarios/，然後按一下 nettrace 檔案旁邊的箭號。開啟 [執行緒時間 (含 StartStop 活動) 堆疊]，然後選擇靠近頂端的 [CallTree] 索引標籤。核取其中一個執行緒左側的方塊之後，您的檔案看起來應該與下圖類似。

使用 Visual Studio 來分析高 CPU 資料

所有 *.nettrace 檔案都可以在 Visual Studio 中進行分析。若要在 Visual Studio 中分析 Linux *.nettrace 檔案，除了其他必要文件之外，還會將 *.nettrace 檔案傳送至 Windows 機器，然後在 Visual Studio 中開啟 *.nettrace 檔案。如需詳細資訊，請參閱分析 CPU 使用量資料。

另請參閱

dotnet-trace，以列出處理序
dotnet-counters 以檢查受控記憶體使用量
dotnet-dump 以收集和分析傾印檔案
dotnet/diagnostics (英文)

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