一、什么是SysTrace？

在日常开发中有时候遇到棘手的功能问题就需求运用这个东西，Systrace 是 「Android 4.1」 中新增的功能数据采样和剖析东西。它可协助开发者搜集 Android 要害子体系 （如 SurfaceFlinger/SystemServer/Kernel/Input/Display 等 Framework 部分要害模块、服务，View」体系等 的运转信息，从而协助开发者更直观的「剖析体系瓶颈，改进功能」。

你真的了解Systrace吗？

二、怎么运用SysTrace？

2.1 收集trace

首先咱们需求了解Trace的收集首要涉及几部分：收集方法、自界说trace阶段、Release包抓取Trace和体系Trace类同异步调用的差异；

指令行收集：

  • 设备要求**「Android 4.3 (API level 18)及以上」**
  • 指令如下：python systrace.py [options][「categories」]，示例如下：
python/Users/yangzhiyong/Library/Android/sdk/platform-tools/systrace/systrace.py-t10-otrace.htmlgfxinputviewschedfreqwmamhwuiworkqresdalviksyncdiskloadperfhalrsidlemmc-acom.ss.android.lark.debug
#-o:指示输出文件的路径和名字
#-t:抓取时间(最新版别能够不用指定,按Enter即可完毕)，单位为秒
#-b:指定buffer巨细(一般状况下,默许的Buffer是够用的,假如你要抓很长的Trae,那么建议调大Buffer)
#-a:指定app包名(假如要Debug自界说的Trace点,记得要加这个)

  • 检查支撑的categories

    • adb shell atrace –list_categories
    • python systrace.py -l
//粗体部分是常用的categories;
gfx-Graphics
input-Input
view-ViewSystem
webview-WebView
wm-WindowManager
am-ActivityManager
sm-SyncManager
audio-Audio
video-Video
camera-Camera
hal-HardwareModules
res-ResourceLoading
dalvik-DalvikVM
rs-RenderScript
bionic-BionicCLibrary
power-PowerManagement
pm-PackageManager
ss-SystemServer
database-Database
network-Network
adb-ADB
vibrator-Vibrator
aidl-AIDLcalls
pdx-PDXservices
sched-CPUScheduling
freq-CPUFrequency
idle-CPUIdle
disk-DiskI/O
sync-Synchronization
memreclaim-KernelMemoryReclaim
binder_driver-BinderKerneldriver
binder_lock-Bindergloballocktrace

体系自带东西：

  • 设备要求**「Android 9(API level 28)及其以上」**

  • 开发者形式->体系跟踪

  • trace导出：

    • 告诉栏分享；
    • adb pull /data/local/traces/ .
    • systrace –from-file .ctrace .perfetto-trace 转换成html

网页版收集剖析东西：

  • 设备要求**「Android 10(API level 29)及其以上；」**
  • Perfetto UI

除此之外还有一些常用的技巧

  1. 自界说TAG

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详细运用可参阅：developer.android.com/topic/perfo…

  • 「界说」

    • 在事情开端调用Trace.beginSection(event)；
    • 在事情完毕调用Trace.endSection()，需成对调用；

  • 「运用」 添加了自界说TAG后，需求-a指定包名参数，才能够收集到自界说的trace信息；

  1. Release包抓取trace

反射调用setAppTracingAllowed即可：

try{
Class<?>threadClazz=Class.forName("android.os.Trace");
MethodsetAppTracingAllowed=threadClazz.getDeclaredMethod("setAppTracingAllowed",boolean.class);
setAppTracingAllowed.invoke(null,true);
}catch(Exceptione){
e.printStackTrace();
}

3. 同异步trace的差异

「同步」 「异步」 「差异」
beginSection(@NonNull String sectionName) beginAsyncSection(@NonNull String methodName, int cookie) 异步调用需求传methodName及cookie，开端完毕匹配更准确，且不用B-A-A-B相似嵌套，不过该接口为隐藏接口，需反射调用，可运用SystemTracer类；
endSection() endAsyncSection(@NonNull String methodName, int cookie)

2.2 剖析

拿到这些trace 咱们怎么剖析也是一个重要的部分

2.2.1 Trace文件翻开

首先是翻开这个文件

  1. chrome://tracing：引荐：不过近期版别该东西对trace中线程、进程名解析不出来，不利于检查；
  2. ui.perfetto.dev/#!/： 引荐，不过新版剖析东西不支撑VSync的高亮；
  3. perfetto.bytedance.net/#!/viewer： 不引荐，仅支撑单进程检查，关于涉及体系调用的剖析不便利；

较早版别sysTrace生成的html文件浏览器即可翻开，但最近版别已无法正常翻开，需求经过chrome东西手动加载；

2.2.2 面板区域说明

你真的了解Systrace吗？

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  1. 用户屏幕交互
  2. CPU 运用率
  3. CPU各中心的运转状况
  4. 进程信息
  5. 进程变量/进程
  6. 选中区段的详细信息
  7. 鼠标操作选项，可经过1-4快速切换
  8. 进程过滤
  9. VSync高亮配置

2.2.3 常用快捷键

比较常用的快捷键是W S A D M V；

  • W : 扩大 Systrace，扩大能够更好地看清局部细节
  • S : 缩小 Systrace，缩小以检查全体
  • A : 左移
  • D : 右移
  • M : 高亮选中当时鼠标点击的段（这个比较常用，能够快速标识出这个方法的左右鸿沟和履行时间，便利上下检查）
  • V : 高亮VSync的时机，便利剖析掉帧的原因；

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2.2.4 线程状况

a) 线程状况
「线程状况」 「Systrace中的显现」 「说明」
绿色 : 运转中（Running）
你真的了解Systrace吗？
 咱们经常会检查 Running 状况的线程，检查其运转的时间，与竞品做比照，剖析快或许慢的原因
蓝色 : 可运转（Runnable）
你真的了解Systrace吗？
 Runnable 状况的线程状况持续时间越长，则表明 cpu 的调度越忙，没有及时处理到这个使命
白色 : 休眠中（Sleep）
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 一般是在等事情驱动
橘色 : 不行中止的睡觉态 IO Block（Uninterruptible Sleep WakeKill）
你真的了解Systrace吗？
 一般是标明 IO 操作慢，假如有大量的橘色不行中止的睡觉态呈现，那么一般是由于进入了低内存状况
紫色 : 不行中止的睡觉态（Uninterruptible Sleep）
你真的了解Systrace吗？
 一般是陷入了内核态，有些状况下是正常的，有些状况下是不正常的，需求依照详细的状况去剖析
b) 线程唤醒

一个使命在进入 Running 状况之前，会先进入 Runnable 状况进行等候，而 Systrace 会把这个状况也标明在 Systrace 上；

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你真的了解Systrace吗？
stateWhenDescheduled界说：chromium.googlesource.com/external/tr…

c) 线程参数说明
  • Wall Duration：函数履行的总耗时
  • CPU Duration：在 CPU 上履行的耗时
  • Self Time：本身履行的总耗时，不包含子方法
  • CPU Self Time：本身在 CPU 上履行的耗时，不包含子方法
d) 函数调用虚实差异

如下图，咱们看到标识setUpHWComposer调用的紫色条并不是实心的，实心的部分代表CPU Duration相关于Wall Duration的占比：

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2.2.5 CPU信息

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image.png

  1. C-State

为了在CPU闲暇的时候降低功耗，CPU能够被指令进入low-power形式。每个CPU都有几种power形式，这些形式被统称为C-states或许C-modes； C-States从C0开端，C0是CPU的正常作业形式，CPU处于100%运转状况。C后的数越高，CPU睡觉得越深，CPU的功耗被降低得越多，一起需求更多的时间回到C0形式。

「C-State」 「描绘」
C-0 RUN MODE，运转形式。
C-1 STANDBY，就位形式，随时预备投入运转
C-2 DORMANT，休眠状况，被唤醒投入运转时有必定的推迟
C-3 SHUTDOWN，关闭状况，需求有较长的推迟才能进入运转状况，削减耗电
  1. Clock Frequency：CPU当时运转频率；
  2. Clock Frequency Limits：CPU最大最小频率，经过该参数能够判断CPU中心差异，如大中小核

2.2.6 常见体系进程、线程

  • 进程

    • system_server

      • AMS
      • WMS
      • SurfaceFlinger

  • 线程

    • UI Thread //主线程
    • Render Thread //烘托线程
    • Binder Thread //跨进程调用线程

2.2.7 常见问题

a) 「锁等候」

你真的了解Systrace吗？
「monitor contention」 with owner 「caton_dump_stack (11056)」 waiters=0 blocking from 「boolean android.os.MessageQueue.enqueueMessage(android.os.Message, long)(MessageQueue.java:544)」
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结合代码看，这段信息的意思是，「caton_dump_stack」线程（线程ID是11056）作为「owner」持有了主线程音讯队列目标锁，「waiters」表明等候在该目标锁上的其他线程数（不包含当时线程），所以总的有1个线程等候目标锁开释，当时线程等候的方位是「enqueueMessage调用处」。

b) 「SurfaceFlinger制作」

SurfaceFlinger首要是搜集各个UI烘托层的数据组成发送给Hardware Composer；一般运用的烘托层包含状况栏、运用页面、导航栏，每个部分都是单独烘托生成Buffer的，根本步骤如下：

  1. 运用收到VSYNC-app信号后，在**「UI Thread」完结数据核算；预备好后，将数据发送到「RenderThread」**；
  2. 运用在**「RenderThread」完结数据烘托后，将数据填充到「SurfaceFlinger」**的对应页面BufferQueue中；
  3. 在**「SurfaceFlinger」收到VSYNC-sf信号后，「SurfaceFlinger」** 会遍历它的层列表的BufferQueue，以寻觅新的缓冲区。假如找到新的缓冲区，它会获取该缓冲区；否则，它会继续运用曾经获取的缓冲区。「SurfaceFlinger」 有必要始终显现内容，因此它会保存一个缓冲区。假如在某个层上没有提交缓冲区，则该层会被疏忽；
  4. **「SurfaceFlinger」**向 「HWC」 供给一个完整的层列表，并询问“您期望怎么处理这些层？”
  5. 「HWC」 的响应方法是将每个层标记为叠加层或 GLES 组成；
  6. 「SurfaceFlinger」 会处理一切 GLES 组成，将输出缓冲区传送到 「HWC」，并让 「HWC」 处理其余部分；

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image.png

c) 「掉帧」

上一部分描绘了SurfaceFlinger组成每帧数据的进程，在上述进程中，假如**「UI Thread」核算不及时，或许「RenderThread」烘托不及时，或许「BufferQueue」**中可用Buffer不足导致鄙人一次VSYNC信号降临之前，没有预备好需求显现的帧的数据，就会呈现丢帧，Systrace 报告列出了烘托界面帧的每个进程，并指明晰沿时间轴烘托的每个帧。在 16.6 毫秒内烘托的有必要保持每秒 60 帧安稳帧速率的帧会以绿色圆圈表明。烘托时间超越 16.6 毫秒的帧会以黄色或赤色帧圆圈表明：

  1. 绿色：未丢帧；
  2. 棕色：轻微丢帧，丢1帧 ；
  3. 赤色：严重丢帧，丢大于1帧；

你真的了解Systrace吗？
经过Systrace右上角的View Options > Highlight VSync，咱们能够高亮VSYNC信号到来的时间，需求留意的是，高亮的VSYNC首要是VSYNC-app信号（可在SurfaceFlinger进程中检查），且灰白相间的方位是VSYNC信号到来的时间。 如下图，显现了丢1帧的状况，第二个VSYNC到来时，主线程仍未完结显现帧数据的核算，所以呈现丢帧的问题。
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三、常见trace东西比照

其实咱们剖析trace不但只要体系这一种方法，下图做个简略的总结

「东西名」 「类型」 「原理」 「优缺陷」 「运用场景」 「运用说明」
Traceview instrument 运用 Android Runtime 函数调用的 event 事情，将函数运转的耗时和调用关系写入 trace 文件中。 「长处：」 全函数调用剖析；「缺陷：」 东西本身带来的功能开支过大，有时无法反映实在的状况。比方一个函数本身的耗时是 1 秒，开启 Traceview 后可能会变成 5 秒，而且这些函数的耗时变化并不是成比例扩大； – 线下- 整个程序履行流程的耗时 已抛弃，之前DDMS有相关东西进口
Nanoscope instrument 直接修正 Android 虚拟机源码，在ArtMethod履行进口和履行完毕方位添加埋点代码，将一切的信息先写到内存，等到 trace 完毕后才统一生成成果文件。 「长处：」– 全函数调用剖析；- 功能开支小；- 能够支撑剖析恣意一个运用，可用于做竞品剖析；「缺陷：」– 需求自己刷 ROM，而且当时只支撑 Nexus 6P，或许选用其供给的 x86 架构的模拟器；- 默许只支撑主线程收集，其他线程需求代码手动设置； – 线下- 整个程序履行流程的耗时 github.com/uber/nanosc…
systrace sample 实际是其他东西的封装，Systrace运用atrace开启追寻，然后读取ftrace的缓存，而且把它重新转换成HTML格式。 「长处：」– 能够看到整个流程体系和运用程序的调用流程。包含体系要害线程的函数调用，例如烘托耗时、线程锁，GC 耗时等；- 功能损耗能够接受；「缺陷：」– 不支撑运用程序代码的耗时剖析；需手动添加或许编译期插装； – 线下- 剖析体系调用 developer.android.com/topic/perfo…
Simpleperf sample 运用 CPU 的功能监控单元（PMU）供给的硬件 perf 事情。 「长处：」– 支撑Native剖析；- 功能开支非常低；「缺陷：」– Java剖析对Android版别要求比较高； – 线下- 剖析 Native 代码的耗时 android.googlesource.com/platform/sy… 在 Android M 和曾经，Simpleperf 不支撑 Java 代码剖析。- 在 Android O 和曾经，需求手动指定编译 OAT 文件。- 在 Android P 和以后，无需做任何事情，Simpleperf 就能够支撑 Java 代码剖析；
Profiler（CPU Profiler） 混合 – Sample Java Methods 的功能相似于 Traceview 的 sample 类型；- Trace Java Methods 的功能相似于 Traceview 的 instrument 类型；- Trace System Calls 的功能相似于 systrace；- Sample Native (API Level 26+) 的功能相似于 Simpleperf； 「长处：」– 集成在IDE中，操作简略；「缺陷：」– 功能开支大，运用明显卡顿；- 无法用于自动化测验等场景； – 线下 developer.android.com/studio/prof…

「instrument」：获取一段时间内一切函数的调用进程，能够经过剖析这段时间内的函数调用流程，再进一步剖析待优化的点。

「sample」：有选择性或许选用抽样的方法调查某些函数调用进程，能够经过这些有限的信息推测出流程中的可疑点，然后再继续细化剖析。

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