如何获取GC(垃圾回收器)的STW(暂停)时间?
前言
在现代的容器化和微服务应用中,因为分布式的环境和错综复杂的调用关系,APM(Application Performance Monitoring 应用性能监控)显得尤为重要,它通过采集应用程序各种指标和请求链路,让你知道系统当前的状态和值得优化的点,另外能帮助你发现应用程序的异常,帮助你更方便的定位问题。
对于.NET这样带GC(Garbage Collector 垃圾回收器)的平台来说,GC的指标也尤为重要,采集可以帮助我们分析内存泄漏、优化系统性能等等。在公司内部已经可以采集比较全面的.NET GC指标,如下图所示。
在绝大多数场景它能满足要求,但是如果遇到某时某刻P95延时突然增大,异步任务突然超时,我们想排查这些异常是否因为GC的STW Time(Stop The World Time 指GC运行过程中所有线程被挂起的时间)过长导致的,就没有办法了,因为目前没有采集这些指标。
所以本文就带大家了解一下,如何采集.NET GC STW Time。
方法
如.NET内存性能分析指南中提到的一样,.NET Runtime在运行过程中会发布很多事件,这些事件代表了当前Runtime的运行状态,同样GC在运行过程中也会发布很多事件,我们可以使用 PerfView
工具来收集这样的一些事件。下面是 WorkStationGC
发生GC时的一个事件序列。
Microsoft-Windows-DotNETRuntime/GC/SuspendEEStart //开始暂停托管线程运行 Microsoft-Windows-DotNETRuntime/GC/SuspendEEStop //暂停托管线程完成 Microsoft-Windows-DotNETRuntime/GC/Start // GC开始回收 Microsoft-Windows-DotNETRuntime/GC/Stop // GC回收结束 Microsoft-Windows-DotNETRuntime/GC/RestartEEStart //恢复之前暂停的托管线程 Microsoft-Windows-DotNETRuntime/GC/RestartEEStop //恢复托管线程运行完成
PS: 所有的事件都可以在 .NET文档官方 中找到,非常的全面。
而 SuspendEEStart(暂停托管线程运行)
到 RestartEEStop(恢复托管线程运行完成)
中经过的时间就是STW Time,我们只需要记录这两个事件的差值,就可以知道本次GC STW的时间有多长。
BGC的过程比WorkStationGC复杂的很多,但是一样是测量这两个事件花费的时间来采集STW Time,本文不做过多介绍。
使用EventSource采集
那么我们知道通过计算哪两个指标的差值来获得STW时间,那么应该如何通过代码来采集呢?
这里就需要知道 EventSource
和 EventListener
两个类,顾名思义我们可以通过 EventSource
来发布事件,使用 EventListener
来监听事件,在本文中我们也主要使用 EventListener
来收集GC事件,对于这 EventSource
类的使用大家可以看下面给出的微软文档链接,这里不做过多介绍。
- EventSource
- EventListener
我们来看一看如何使用EventListener
类监听GC事件,代码如下所示:
using System.Diagnostics.Tracing; // 开启GC事件监听 var gc = new GcStwMetricsCollector(); // 创建一些对象 var array = Enumerable.Range(0, 1000).Select(s => (decimal)s).ToArray(); // 手动执行GC GC.Collect(); Console.ReadLine(); public class GcStwMetricsCollector : EventListener { // GC关键字 private const int GC_KEYWORD = 0x0000001; // 我们要关注的GC事件 private const int GCSuspendEEBegin = 9; private const int GCRestartEEEnd = 3; private EventSource? _eventSource; public void Stop() { if (_eventSource == null) return; DisableEvents(_eventSource); } protected override void OnEventSourceCreated(EventSource eventSource) { _eventSource = eventSource; // GC 事件在 Microsoft-Windows-DotNETRuntime 名称空间下 if (eventSource.Name.Equals("Microsoft-Windows-DotNETRuntime")) { // 启用事件,事件级别为Informational, 只监听GC事件 EnableEvents(eventSource, EventLevel.Informational, (EventKeywords) (GC_KEYWORD)); } } private long _currentStwStartTime = 0; protected override void OnEventWritten(EventWrittenEventArgs e) { switch (e.EventId) { // 冻结托管线程开始,记录当前时间 case GCSuspendEEBegin: _currentStwStartTime = e.TimeStamp.Ticks; break; // 恢复托管线程结束,计算当前时间与冻结托管线程开始时间的差值 case GCRestartEEEnd: if (_currentStwStartTime > 0) { var ms = TimeSpan.FromTicks(e.TimeStamp.Ticks - _currentStwStartTime).TotalMilliseconds; _currentStwStartTime = 0; // 输出结果 Console.WriteLine($"STW: {ms}ms"); } break; } } }
运行结果:
STW: 0.2568ms
至于GC事件对应的枚举值,大家可以在我上文中给出的文档中找到。
.NET7新API
在实现这个需求时,我注意到.NET7有一个新的 issue ,直接提供了一个API,让我们可以获取到总的GC STW Time,我把重点的信息摘抄和翻译了一下。
背景和动机
今天我们已经在 GetGCMemoryInfo 公开了获取GC处理时间和暂停时间的百分比值的API。
具体来说是通过 GCMemoryInfo 的 PauseTimePercentage
字段。
这个很有用,但是如果我只想要一个分子(即:程序运行以来总的GC暂停时间)。现在没有办法获取到。
API 提案
我建议在 System.GC 上添加一个下面这样的API:
TimeSpan System.GC.GetTotalPauseDuration()
它会返回GC总的暂停时间。
API 使用
TimeSpan start = System.GC.GetTotalPauseDuration(); // ... Perform some work ... TimeSpan end= System.GC.GetTotalPauseDuration(); Console.WriteLine(end - start + " was spent pausing in GC");
我看到这个API已经和最新的.NET7预览版一起发布,我们下载最新的.NET7 SDK,然后把项目改成.NET7,来试试这个API,代码如下所示:
using System.Diagnostics.Tracing; // 开启GC事件监听 var gc = new GcStwMetricsCollector(); // 创建一些对象 var array = Enumerable.Range(0, 1000).Select(s => (decimal)s).ToArray(); // 手动执行GC GC.Collect(); Console.WriteLine($"API STW:{GC.GetTotalPauseDuration().TotalMilliseconds}ms"); Console.ReadLine(); // 省略上文中一样的代码
运行结果:
API STW: 0.223ms Event STW: 0.296ms
API统计的应该会更加准确,我们通过事件来获取多多少少有一点额外的开销,不过误差在可接受的范围内。
总结
上文中提到了两种方式来获取.NET GC STW Time,我们只需要稍加改造,就可以将STW监控的功能加入APM中,如下图表就是本地测试时采集的一些数据。
当然通过 EventListener
还可以实现更多的APM信息的采集,大家有兴趣也可以研究看看。
本文代码链接Github: BlogCodes/Get-GC-STW-Time at main · InCerryGit/BlogCodes · GitHub
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