Android Systrace 基础知识(2) -- 分析 Systrace 预备知识

本文是 Systrace 系列文章的第二篇，主要是讲解一些分析 Systrace 的预备知识, 有了这些预备知识, 分析 Systrace 才会事半功倍, 更快也更有效率地找到问题点.
本文介绍了如何查看 Systrace 中的线程状态 , 如何对进程的唤醒信息进行分析, 如何解读信息区的数据, 以及介绍了常用的快捷键. 通过本篇文章的学习, 相信你可以掌握进程和线程相关的一些信息, 也知道如何查看复杂的 Systrace 中包含的关键信息

系列文章目录

1. Systrace 简介
2. Systrace 基础知识 - Systrace 预备知识
3. Systrace 基础知识 - Why 60 fps ？
4. Systrace 基础知识 - SystemServer 解读
5. Systrace 基础知识 - SurfaceFlinger 解读
6. Systrace 基础知识 - Input 解读
7. Systrace 基础知识 - Vsync 解读
8. Systrace 基础知识 - Vsync-App ：基于 Choreographer 的渲染机制详解
9. Systrace 基础知识 - MainThread 和 RenderThread 解读
10. Systrace 基础知识 - Binder 和锁竞争解读
11. Systrace 基础知识 - Triple Buffer 解读
12. Systrace 基础知识 - CPU Info 解读

正文

线程状态查看

Systrace 会用不同的颜色来标识不同的线程状态, 在每个方法上面都会有对应的线程状态来标识目前线程所处的状态.
通过查看线程状态我们可以知道目前的瓶颈是什么, 是 CPU 执行慢还是因为 Binder 调用, 又或是进行 IO 操作, 又或是拿不到 CPU 时间片

线程状态主要有下面几个

绿色 : 运行中

只有在该状态的进程才可能在CPU上运行。而同一时刻可能有多个进程处于可执行状态，这些进程的task_struct结构（进程控制块）被放入对应CPU的可执行队列中（一个进程最多只能出现在一个CPU的可执行队列中）。进程调度器的任务就是从各个CPU的可执行队列中分别选择一个进程在该CPU上运行。

作用：我们经常会查看 Running 状态的线程，查看其运行的时间，与竞品做对比，分析快或者慢的原因：

1. 1.是否频率不够？
2. 2.是否跑在了小核上？
3. 3.是否频繁在 Running 和 Runnable 之间切换？为什么？
4. 4.是否频繁在 Running 和 Sleep 之间切换？为什么？
5. 5.是否跑在了不该跑的核上面？比如不重要的线程占用了超大核

蓝色 : 可运行

线程可以运行但当前没有安排，在等待 cpu 调度

作用：Runnable 状态的线程状态持续时间越长，则表示 cpu 的调度越忙，没有及时处理到这个任务：

1. 1. 是否后台有太多的任务在跑？
2. 2. 没有及时处理是因为频率太低？
3. 3. 没有及时处理是因为被限制到某个 cpuset 里面，但是 cpu 很满？
4. 4. 此时 Running 的任务是什么？为什么？

白色 : 休眠中

线程没有工作要做，可能是因为线程在互斥锁上被阻塞。

作用 ： 这里一般是在等事件驱动

橘色 : 不可中断的睡眠态 IO Block

线程在I / O上被阻塞或等待磁盘操作完成，一般底线都会标识出此时的 callsite ：wait_on_page_locked_killable

作用：这个一般是标示 IO 操作慢，如果有大量的橘色不可中断的睡眠态出现，那么一般是由于进入了低内存状态，申请内存的时候触发 pageFault, linux 系统的 page cache 链表中有时会出现一些还没准备好的 page(即还没把磁盘中的内容完全地读出来) , 而正好此时用户在访问这个 page 时就会出现 wait_on_page_locked_killable 阻塞了. 只有系统当 io 操作很繁忙时, 每笔的 io 操作都需要等待排队时, 极其容易出现且阻塞的时间往往会比较长.

紫色 : 不可中断的睡眠态

线程在另一个内核操作（通常是内存管理）上被阻塞。

作用：一般是陷入了内核态，有些情况下是正常的，有些情况下是不正常的，需要按照具体的情况去分析

进程唤醒信息分析

Systrace 会标识出一个非常有用的信息，可以帮助我们进行跨进程调用相关的分析。

一个进程被唤醒的信息往往比较重要，知道他被谁唤醒，那么我们也就知道了他们之间的调用等待关系，如果出现一段比较长的 sleep 情况，然后被唤醒，那么我们就可以去看是谁唤醒了这个线程，对应的就可以查看唤醒者的信息，看看为什么唤醒者这么晚才唤醒。

一个常见的情况是：应用进程使用 Binder 与 SystemServer 的 AMS 线程进行通信，但是恰好 AMS 的这个函数正在等待锁释放（或者这个函数本身执行时间很长），那么应用进程就需要等待比较长的时间，如果恰好是应用进程的主线程在进行等待，那么就会出现性能问题，比如响应慢或者卡顿，这就是为什么后台有大量的进程在运行，或者跑完 Monkey 之后，整机性能会下降的一个主要原因。

Systrace 可以标示出这个的一个原因是，一个任务在进入 Running 状态之前，会先进入 Runnable 状态进行等待，而 Systrace 会把这个状态也标示在 Systrace 上（非常短，需要放大进行看）

拉到最上面查看对应的 cpu 上的 taks 信息，会标识这个 task 在被唤醒之前的状态：
![]https://www.androidperformance.com/images//15638916674736.jpg)

顺便贴一下 Linux 常见的进程状态

1. D 无法中断的休眠状态（通常 IO 的进程）；
2. R 正在可运行队列中等待被调度的；
3. S 处于休眠状态；
4. T 停止或被追踪；
5. W 进入内存交换 （从内核2.6开始无效）；
6. X 死掉的进程 （基本很少見）；
7. Z 僵尸进程；
8. < 优先级高的进程
9. N 优先级较低的进程
10. L 有些页被锁进内存；
11. s 进程的领导者（在它之下有子进程）；
12. l 多进程的（使用 CLONE_THREAD, 类似 NPTL pthreads）；
13. • 位于后台的进程组；

信息区数据解析

进程状态信息解析

函数 Slice 信息解析

Counter Sample 信息解析

Async Slice 信息解析

CPU Slice 信息解析

User Expectation 信息解析

位于整个 Systrace 最上面的部分,标识了 Rendering Response 和 Input Response

快捷键使用

快捷键的使用可以加快查看 Systrace 的速度,下面是一些常用的快捷键

• W : 放大 Systrace , 放大可以更好地看清局部细节
• S : 缩小 Systrace, 缩小以查看整体
• A : 左移
• D : 右移
• M : 高亮选中当前鼠标点击的段(这个比较常用,可以快速标识出这个方法的左右边界和执行时间,方便上下查看)

鼠标模式快捷切换 : 主要是针对鼠标的工作模式进行切换 , 默认是 1 ,也就是选择模式,查看 Systrace 的时候,需要经常在各个模式之间切换 , 所以点击切换模式效率比较低,直接用快捷键切换效率要高很多

• 数字键1 : 切换到 Selection 模式 , 这个模式下鼠标可以点击某一个段查看其详细信息, 一般打开 Systrace 默认就是这个模式 , 也是最常用的一个模式 , 配合 M 和 ASDW 可以做基本的操作
• 数字键2 : 切换到 Pan 模式 , 这个模式下长按鼠标可以左右拖动, 有时候会用到
• 数字键3 : 切换到 Zoom 模式 , 这个模式下长按鼠标可以放大和缩小, 有时候会用到
• 数字键4 : 切换到 Timing 模式 , 这个模式下主要是用来衡量时间的,比如选择一个起点, 选择一个终点, 查看起点和终点这中间的操作所花费的时间.

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