引言
隨著雲原生技術的普及，容器化成為企業應用程式部署的核心技術之一。Windows 容器作為 Microsoft 提供的容器解決方案，結合 Kubernetes 的編排能力，為 Windows 應用程式提供了靈活的運行環境。然而，Windows 容器與 Linux 容器在架構與監控調試上存在顯著差異，本文將深入解析 Windows 容器的監控與調試技術，並探討其在 Kubernetes 環境中的實踐方法。
為何選擇 Windows 容器
Windows 容器專為 Windows 應用程式設計，具備以下優勢：
- 與 Windows 操作系統深度整合：例如 Windows Server 2022 容器僅能在相同版本主機執行，確保應用與基礎設施的兼容性。
- 無需重寫應用程式：企業可直接容器化現有 Windows 應用，避免因遷移至 Linux 產生額外成本。
- Kubernetes 管理能力：透過 Kubernetes 可實現容器的自動擴展、負載均衡與服務發現，提升運維效率。
Windows 節點設置方法
建立 Windows 節點需依賴特定工具與框架：
- Cluster API Provider：用於雲端環境中自動化建立 Windows 節點。
- KubeADM：適用於本地開發環境的 Kubernetes 集群搭建。
- MiniQ 原型：Sig Windows 社區開發的輕量級原型方案。
- 管理服務選項：如 OpenShift、AKS、EKS 等可自動加入 Windows 節點，簡化集群管理。
主機過程容器（Host Process Containers）
主機過程容器以主機進程運行，具有以下特性：
- 直接訪問主機資源：可讀取主機網路、存儲與設備，降低容器與主機的隔離層。
- 簡化服務部署：相比 Linux privileged 容器，其配置更簡潔，適合監控與調試場景。
- 輕量基礎鏡像：約 6-8KB 的鏡像體積，可快速部署調試服務。
- 調試工具支援：透過
kubelet debug 命令啟動，支援自訂 YAML 設定與使用者權限控制。
監控架構與工具
Windows 容器監控需整合多種工具與架構：
- Prometheus 伺服器：用於收集節點與容器的指標數據。
- Windows Exporter 收集器：
- 預設收集 CPU、記憶體、OS 指標。
- 可選用 Container、Process、Network 收集器，適應不同監控需求。
- 時序資料庫與 Grafana：指標數據存儲於時序資料庫，透過 Grafana 可視化監控視圖。
- Windows 指標端口：Windows 指標端口為 9182，與 Linux 的 9100 端口不同。
- 統一監控介面：透過 Prometheus 規則與服務監控，實現 Kubernetes 節點與容器的統一監控。
節點調試技術
Windows 節點包含多種服務與介面，調試時需注意以下技術細節：
- Windows 服務：如 HCS（Hyper-V 容器服務）、HNS（Hyper-V 網路服務）等。
- CNI 與 HCS Shim 介面：用於容器網路與資源管理。
- CUE（容器註冊與生命週期管理）：負責容器的啟動與終止。
- 調試工具：
kubelet debug 命令啟動主機過程容器。- 預裝工具鏡像（含 Event Viewer、WPA 等）。
- 網路服務調試腳本
collect-logs.ps1 收集追蹤資料。
- 日誌分析：Containerd、CUE、CU Proxy 等日誌提供調試資訊。
實作演示
集群節點與監控視圖
- Windows Server 2022 節點：使用 Containerd 為容器運行時。
- Grafana 監控視圖：
- 顯示 Pod 與節點指標（CPU、記憶體、網路）。
- 配置 Prometheus 指標端口（9182）。
調試流程
- 使用
kubelet debug 命令進入節點。
- 檢視主機文件系統與容器日誌。
- 下載
collect-logs.ps1 腳本執行，收集網路追蹤資料。
- 使用
kubectl cp 命令將日誌目錄複製至開發機器。
- 使用 ETL 文件分析網路問題（如封包遺失、連線拒絕）。
技術細節
Windows Exporter 收集器功能
- Container 收集器：監控容器資源使用情況。
- Process 收集器：追蹤進程狀態與資源消耗。
- Network 收集器：分析網路連線與路由資訊。
節點調試資源
- 主機過程容器基礎鏡像：包含工具鏈（如 Event Viewer、WPA）。
- 網路服務調試腳本：
collect-logs.ps1 收集網路追蹤資料。
- 日誌分析工具：Containerd、CUE、CU Proxy 等日誌提供調試資訊。
Grafana 運算機畫面設定
- 使用
rtia 命令進入節點，取得容器存取權。
- 透過
kubectl exec 連接到節點，並取得主機檔案系統的訪問權。
- 查看
C:\k 目錄結構，包含所有可用的 EXE 檔案（如 CUbled Q proxy 等）。
- 顯示容器日誌（containerd、CU proxy、cuet 等）作為除錯資訊來源。
節點除錯流程
- 下載
collect logs.ps1 腳本執行，收集網路追蹤資料。
- 腳本執行後生成包含網路追蹤的目錄，包含：
- 網路命名空間（network namespaces）。
- 端口（ports）。
- 路由表（route table）。
- 連線狀態（connections）。
- 使用
kubectl cp 命令將日誌目錄複製至開發者機器。
- 複製內容包含：
- ETL 檔案（用於分析網路問題）。
- 網路追蹤資料夾（含路由表、端口資訊等）。
網路追蹤分析
- ETL 檔案可透過 Windows 工具（如 WPA、Event Viewer）分析。
- 用於排查：
- 封包遺失（packet drops）。
- 連線拒絕（connection refused）。
- Windows 容器啟動失敗。
- 若開發者機器安裝 WireShark，可導入 ETL 檔案進行深入分析。
- 網路追蹤資料包含：
- 服務端口狀態。
- 主機網路服務相關配置。
- 容器啟動時產生的網路資源。
問答與社區資訊
- Windows 指標監控：目前使用 Prometheus 收集 Windows 指標，尚未探索 OpenTary（可能為 OpenTelemetry 的誤寫）。
- 社區活動：
- Sig Windows 每週二 9:30 PST 進行會議。
- 鼓勵參與貢獻與交流。
- 提供 QR 碼收集觀眾意見。
總結
Windows 容器在 Kubernetes 環境中提供了獨特的監控與調試方案，其主機過程容器與 Windows Exporter 等工具的結合，使企業能夠高效管理 Windows 應用。然而，需注意 Windows 容器與 Linux 的差異，如指標端口配置與網路資源管理。建議開發者深入理解 Windows 容器架構，並善用社區資源，以提升調試與監控效率。