docker容器的health健康状态检查

Docker

Docker 原生健康检查能力

自 1.12 版本之后，Docker 引入了原生的健康检查实现。对于容器而言，最简单的健康检查是进程级的健康检查，即检验进程是否存活。Docker Daemon会自动监控容器中的PID 1进程，如果docker run命令中指明了restart policy，可以根据策略自动重启已结束的容器。在很多实际场景下，仅使用进程级健康检查机制还远远不够。比如，容器进程虽然依旧运行却由于应用死锁无法继续响应用户请求，这样的问题是无法通过进程监控发现的。

当一个容器有指定健康检查 (HEALTHCHECK) 时，它除了普通的容器状态之外，还有以下几种状态：

starting：容器仍在启动时的初始状态
healthy：如果命令成功，则容器是健康的
unhealthy：如果单次运行时间超过指定的超时时间，则认为它不健康。如果运行状况检查失败，则将运行重试次数，如果仍然失败，将被宣布为不健康。

容器启动之后，初始状态会为 starting (启动中)。Docker Engine会等待 interval 时间，开始执行健康检查命令，并周期性执行。如果单次检查返回值非0或者运行需要比指定 timeout 时间还长，则本次检查被认为失败。如果健康检查连续失败超过了 retries 重试次数，状态就会变为 unhealthy (不健康)。

注：

一旦有一次健康检查成功，Docker会将容器置回 healthy (健康)状态
当容器的健康状态发生变化时，Docker Engine会发出一个 health_status 事件。通过检查容器监控状态有以下两种方式：

1. Dockerfile 方式

可以在Dockerfile中声明应用自身的健康检测配置。HEALTHCHECK指令声明了健康检测命令，用这个命令来判断容器主进程的服务状态是否正常，从而比较真实的反应容器实际状态。

HEALTHCHECK指令格式：

HEALTHCHECK [选项] CMD <命令>：设置检查容器健康状况的命令
HEALTHCHECK NONE：如果基础镜像有健康检查指令，使用这行可以屏蔽掉

注：在Dockerfile中HEALTHCHECK只可以出现一次，如果写了多个，只有最后一个生效。

使用包含HEALTHCHECK指令的Dockerfile构建出来的镜像，在实例化Docker容器的时候，就具备了健康状态检查的功能。启动容器后会自动进行健康检查。参考：healthcheck

HEALTHCHECK 支持下列选项：

--interval=<间隔>：两次健康检查的间隔，默认为 30 秒;
--timeout=<间隔>：健康检查命令运行超时时间，如果超过这个时间，本次健康检查就被视为失败，默认 30 秒;
--retries=<次数>：当连续失败指定次数后，则将容器状态视为 unhealthy，默认 3 次。
--start-period=<间隔>: 应用的启动的初始化时间，在启动过程中的健康检查失效不会计入，默认 0 秒;

参数作用解释如下：

运行状态检查首先会在容器启动后的 interval 秒内运行，然后在前一次检查完成后的 interval 秒内再次运行。
如果一次状态检查花费的时间超过 timeout 秒，则认为这次检查失败。
容器的运行状态检查连续失败 retries 次才会被视为不健康。
start period 为需要时间启动的容器提供初始化时间。在此期间的探测失败将不计入最大重试次数。

但是，如果在启动期间健康检查成功，则认为容器已启动，所有连续失败的情况都将计算到最大重试次数。

在HEALTHCHECK [选项] CMD后面的命令，格式和ENTRYPOINT一样，分为 shell 格式，和 exec 格式。命令的返回值决定了该次健康检查的成功与否：

0：成功;
1：失败;
2：保留值，不要使用

假设有个镜像是个最简单的 Web 服务，我们希望增加健康检查来判断其 Web 服务是否在正常工作，我们可以用 curl来帮助判断，其 Dockerfile 的HEALTHCHECK可以这么写：

FROM nginx:1.23
HEALTHCHECK --interval=5s --timeout=3s  --retries=3 \
    CMD curl -fs http://localhost/ || exit 1

这里设置了每 5 秒检查一次（这里为了试验所以间隔非常短，实际应该相对较长），如果健康检查命令超过 3 秒没响应，并且重试3次都没响应就视为失败，并且使用curl -fs http://localhost/ || exit 1作为健康检查命令。

使用docker build来构建这个镜像：

docker build -t myweb:v1 .

构建好后启动容器：

docker run -d --name web myweb:v1

当运行该镜像后，可以通过docker container ls看到最初的状态为(health: starting)：

docker container ls
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                  CREATED             STATUS                            PORTS               NAMES
7068d793c6e4        myweb:v1            "/docker-entrypoint.…"   3 seconds ago       Up 2 seconds (health: starting)   80/tcp              web

在等待几秒钟后，再次docker container ls，就会看到健康状态变化为了(healthy)：

$ docker container ls
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                  CREATED             STATUS                    PORTS               NAMES
7068d793c6e4        myweb:v1            "/docker-entrypoint.…"   18 seconds ago      Up 16 seconds (healthy)   80/tcp               web

如果健康检查连续失败超过了重试次数，状态就会变为(unhealthy)。

为了帮助排障，健康检查命令的输出（包括stdout以及stderr）都会被存储于健康状态里，可以用 docker inspect来查看。

$ docker inspect --format '{{json .State.Health}}' web | python -m json.tool
{
    "FailingStreak": 0,
    "Log": [
        {
            "End": "2022-08-20T14:02:38.19224648+08:00",
            "ExitCode": 0,
            "Output": "<!DOCTYPE html>\n<html>\n<head>\n<title>Welcome to nginx!</title>\n<style>\nhtml { color-scheme: light dark; }\nbody { width: 35em; margin: 0 auto;\nfont-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif; }\n</style>\n</head>\n<body>\n<h1>Welcome to nginx!</h1>\n<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and\nworking. Further configuration is required.</p>\n\n<p>For online documentation and support please refer to\n<a href=\"http://nginx.org/\">nginx.org</a>.<br/>\nCommercial support is available at\n<a href=\"http://nginx.com/\">nginx.com</a>.</p>\n\n<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>\n</body>\n</html>\n",
            "Start": "2022-08-20T14:02:38.116041192+08:00"
        },
        {
            "End": "2022-08-20T14:02:43.271105619+08:00",
            "ExitCode": 0,
            "Output": "<!DOCTYPE html>\n<html>\n<head>\n<title>Welcome to nginx!</title>\n<style>\nhtml { color-scheme: light dark; }\nbody { width: 35em; margin: 0 auto;\nfont-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif; }\n</style>\n</head>\n<body>\n<h1>Welcome to nginx!</h1>\n<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and\nworking. Further configuration is required.</p>\n\n<p>For online documentation and support please refer to\n<a href=\"http://nginx.org/\">nginx.org</a>.<br/>\nCommercial support is available at\n<a href=\"http://nginx.com/\">nginx.com</a>.</p>\n\n<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>\n</body>\n</html>\n",
            "Start": "2022-08-20T14:02:43.200932585+08:00"
        }
    ],
    "Status": "healthy"
}

2. docker run 方式

另外一种方法是在docker run命令中，直接指明healthcheck相关策略：

$ docker run  -d \
    --name=myweb \
    --health-cmd="curl -fs http://localhost/ || exit 1" \
    --health-interval=5s \
    --health-retries=12 \
    --health-timeout=2s \
    nginx:1.23

通过执行docker run --help | grep health命令查看相关的参数及解释如下：

--health-cmd string：运行检查健康状况的命令
--health-interval duration：运行间隔时间(ms|s|m|h)(缺省为0s)
--health-retries int：需要报告不健康的连续失败次数
--health-start-period duration ：容器在开始健康重试倒计时之前初始化的起始周期(ms|s|m|h)(默认0)
--health-timeout duration：允许一次检查运行的最大时间(ms|s|m|h)(默认为0s)
--no-healthcheck：禁用任何容器指定的HEALTHCHECK，会使得Dockerfile构建出来的HEALTHCHECK功能失效。

如果是以supervisor来管理容器的多个服务，想通过子服务的状态来判断容器的监控状态，可以使用supervisorctl status来做判断，比如：

$ docker run --rm -d \
    --name=myweb \
    --health-cmd="supervisorctl status" \
    --health-interval=5s \
    --health-retries=3 \
    --health-timeout=2s \
    nginx:v1

按照此参数的设置，如果supervisorctl status检查子服务有一个不为正常的RUNNING状态，那么在等待大约15秒左右，容器的健康状态就会从(healthy)变为(unhealthy)。

3. docker-compose 方式

在docker-compose中，healthcheck声明运行该检查以确定此服务的容器是否“正常”。这将覆盖由服务的 Docker 映像设置的 HEALTHCHECK Dockerfile 指令。参考：healthcheck

以通过supervisor管理子进程的容器为例：

version: '3.8'
services:
  web:
    image: nginx:v1
    container_name: web
    healthcheck:
      test: ["CMD", "supervisorctl", "status"]
      interval: 5s
      timeout: 2s
      retries: 3
      start_period: 10s

注意：start_period参数，在Version 2.3和Version 3.4中引入，如果在yml文件中的开头写的是version: ‘3’，这相当于是3.0版本，会导致启动失败，出现类似信息：services.web.healthcheck value Additional properties are not allowed ('start_period' was unexpected)。因此需要把docker-compose的version指定2.3或者3.4之后的版本。Compose版本及Docker Engine的兼容版本对应关系参考：compatibility-matrix

执行成功后，等待数秒查询容器的状态：

$ docker-compose ps
Name              Command                  State                 Ports          
--------------------------------------------------------------------------------
web    supervisord -c /etc/superv ...   Up (healthy)   443/tcp, 80/tcp

当通过手动supervisorctl stop停掉里面的一些子服务，导致里面的子服务状态不全为RUNNING状态时，再查看容器的状态：

$ docker-compose ps
Name              Command                   State                  Ports          
----------------------------------------------------------------------------------
web    supervisord -c /etc/superv ...   Up (unhealthy)   443/tcp, 80/tcp

容器的健康状态也会从(healthy)变为(unhealthy)。

也可以通过设置disable: true来禁用镜像设置的运行状况检查：

healthcheck:
  disable: true

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