Perfetto分析进阶

内核工匠 2023-04-21 原文

一、Perfetto介绍

Perfetto是Android Q中引入的全新下一代平台级跟踪工具，为Android、Linux和Chrome平台提供了一种通用的性能检测和跟踪分析工具集。其核心是引入了一种全新的用户空间到用户空间的跟踪协议，该协议基于protobuf序列化机制将抓取的数据填充到共享内存缓冲区，可用于获取平台内部的内置数据源(例如ftrace、atrace、logcat)，也提供了SDK和Library给上层C++应用程序来实现定制。Perfetto允许通过一个可扩展的配置文件来对数据源抓取进行灵活动态配置，且可以将超长trace数据流记录到文件系统中。

在当前Android实现中，perfetto提供了用于记录系统和应用级trace的service和library、低开销的native+java heap分析工具，可供SQL分析trace文件的library，以及一个基于Web的可视化呈现界面 —— Perfetto UI。

传统systrace

Perfetto UI

Perfetto相比systrace的优势:

a. 操作、查询、定位、可视化分析标记方便快捷；

b. 其可持续记录较长的跟踪记录并导出到文件系统中；

c. 更强的拓展能力，支持扩展ftrace数据解析，解析器及呈现容易更新

d. 内建支持SQLite，通过SQL查询可以方便地进行数据后期处理；

二、使用及分析

1. perfetto trace抓取工具

官方命令行操作，config.pbtx为 trace配置，指定了要抓取的category、时长、buffer大小等信息，具体可参考: https://perfetto.dev/docs/quickstart/android-tracing

adb push config.pbtx /data/local/tmp/config.pbtx

adb shell 'cat /data/local/tmp/config.pbtx | perfetto --txt -c - -o /data/misc/perfetto-traces/trace.perfetto-trace'

2. UI展现

官方网址：https://ui.perfetto.dev/#!/

打开上述网址，点击Open trace file，选择本地录制好的perfetto trace或ftrace、systrace等文件，即可以Timeline方式展现各进程、线程的详细跟踪信息。

当trace文件大于1G时，Open trace file会出现内存溢出无法访问。

此时需要使用trace_processor来辅助，该程序建议在Linux环境下运行，Win10系统可安装WSL (Ubuntu20.04)，参考附录安装WSL

# 下载官方trace_processor

curl -LO https://get.perfetto.dev/trace_processor

chmod +x ./trace_processor

运行如下命令来加载perfetto trace文件：

./trace_processor --full-sort -D xxx.pftrace

Windows下也可以运行如下命令(不稳定，内存耗用大):

python3 trace_processor --full-sort -D xxx.pftrace

Chrome浏览器打开 https://ui.perfetto.dev/#!/ ，会自动检测本地是否已经有trace_processor生成的HTTP SERVER(9001端口)，如下图提示，请选择

“YES, use loaded trace”,将自动解析 trace_processor已经加载的pftrace文件。

3. 常规分析

a. 图例指标

slice (片段，选中片段后会显示黑色边框)

对应代码中 Trace.beginSection/ATRACE_BEGIN 记录的事件

counter (计数器，离散的数值点) 代码中Trace.traceCounter/ATRACE_INT记录的事件

sched/freq (CPU调度、频率)

thread_state (线程状态)

点击片段上方线程调度信息片段(Running)，可以看到线程当前运行在哪个CPU上

点击

，可以在CPU调度中看到该运行片段，可以看到调度时延信息。

被P(Process)：system_server的 T(Thread)：Binder_1754_18线程唤醒，从就绪到运行延迟了363us，再次点击

，可以回到原片段，这个跳转比systrace更加灵活方便。同样

的，Binder调用也可以如此在目标和原调用线程跳转来分析查看。

b. 添加标记

点击最上方的时间轨道即可添加时间点标记；通过按住鼠标左键选中一块区域或者点击某一片段，然后按下“shift+m”即可添加常驻区域标记。选中已经添加的标记，底部出现的Current Selection TAB里可以为其添加标记名，更改其颜色，以及执行移除操作。

按下“m”添加的是临时区域标记，再次选中另外一块区域添加临时区域时，上一个临时区域会自动移除。

c. 锁竞争(lock contention)

看到lock contention 片段，可以点击上边的monitor contention来查看当前对象锁竞争发生的调用栈，如下详情中显示当前对象锁被Owner (Binder:1754_16)持有，其持锁当前运行在serviceDoneExecuting (AMS.java 16426行)，且当前等待该对象锁的线程已经有2个了；当前线程执行被阻塞在getUidState方法中(AMS.java 6614行)。

三、SQL查询与展现

在已经加载trace的perfetto UI界面， Search框中输入 : ，即可开启SQL输入，我们就可以使用SQL来查询并定位具体的trace片段（slice）。

输入SQL语句，Enter，得到查询结果，显示在底部表格中，点击表格中的每一行，可以跳转到具体的slice中，根据trace上下文可以进一步分析问题。

如果仅需要执行SQL查询数据，也可以点击UI界面左侧导航栏中的Query (SQL)，输入SQL语句，按CTRL + ENTER执行SQL查询。

[ 此处列出几个常用的Table/View的格式及关键字段信息 ]

slice表，横向track上的一条条小片段

ts：片段起始时间戳(单位ns)

dur:片段持续时长(ns)

track_id属于哪个track(水平timeline)

name: 片段标注的名称,对应Trace中打印的方法名、标记等信息

thread_track表，utid标识线程tid，并不是真实的线程tid

thread表,表示各线程信息，其中utid和thread_track表的utid关联

process表，upid和thread表的upid关联，表示线程所属的父进程

sched_slice，线程调度片段

thread_state，各track上边的线程调度片段，标识线程运行状态

列举几个常用的SQL查询：

1	列出所有doFrame片段,按耗时倒序排列，取前100条	select slice_id,track_id,ts,dur,dur/1e6,name from slice WHERE name like '%doFrame%' order by dur desc limit 100
2	1查询的基础上，指定process name为systemui，即systemui自身的绘帧信息	select slice_id,track_id,ts,dur,dur/1e6,slice.name from slice JOIN thread_track ON slice.track_id = thread_track.id JOIN thread USING(utid) JOIN process USING(upid) WHERE process.name = 'com.android.systemui' and slice.name like '%doFrame%' order by dur desc limit 100
3	system_server中各OPF:关键字片段的耗时信息，包含各片段的真实running_time(每个slice可能有一段时间running，一段时间sleep，一段时间runnable，需要借助thread_state表来查询slice中各调度时间片的状态)	select slice_id,track_id,thread.utid,slice.ts,slice.dur,(slice.dur/1e6) as dur_ms, (select total(case when thread_state.ts < slice.ts then MIN(slice.ts+slice.dur,thread_state.ts+thread_state.dur)-slice.ts when (thread_state.ts+thread_state.dur) > (slice.ts+slice.dur) then (slice.ts+slice.dur-MAX(thread_state.ts,slice.ts)) else thread_state.dur end) from thread_state where thread_state.utid=thread.utid and thread_state.state='Running' and thread_state.ts < (slice.ts+slice.dur) and (thread_state.ts+thread_state.dur) > slice.ts)/1e6 as total_running,slice.name from slice JOIN thread_track ON slice.track_id = thread_track.id JOIN thread USING(utid) JOIN process USING(upid) WHERE process.name='system_server' and slice.name like 'OPF:%' order by slice.dur desc limit 400
4	system_server中的锁竞争情况(lockcontention)，lock_depth表示当时参与此对象锁竞争的线程个数	select count(1) as lock_depth, s.slice_id,s.track_id,s.ts,s.dur,s.dur/1e6 as dur_ms,ctn.otid,s.name from slice s, (select slice_id,track_id,ts,dur,name,substr(name, 46, instr(name,')')-46) as otid from slice t WHERE name like 'Lock contention on a monitor lock %' order by dur) ctn JOIN thread_track ON s.track_id=thread_track.id JOIN thread USING(utid) JOIN process USING(upid) WHERE process.name = 'system_server' and s.name like 'Lock contention on a monitor lock %' and substr(s.name, 46, instr(s.name,')')-46) = ctn.otid and ctn.slice_id <> s.slice_id and ctn.ts >= s.ts and (ctn.ts+ctn.dur) <= (s.ts+s.dur) group by s.slice_id order by s.dur desc

四、小结

通过本篇文章希望读者能够了解Perfetto日志获取及常规分析方法，熟悉Perfetto UI界面各种功能，掌握Perfetto日志的SQL分析方法。后续建议结合代码了解常见trace tag/counter的意义，在具体场景中逐步深入了解系统框架运行机制及原理，提升性能分析及优化的能力。

五、附录

1. 常用快捷键

2. WIN10 WSL及Ubuntu 20.04安装

以管理员身份打开 PowerShell 并运行：

dism.exe /online /enable-feature /featurename:Microsoft-Windows-Subsystem-Linux /all /norestart

命令执行完成后，重启。

下载Ubuntu 20.04安装包，并安装 (或 wsl --install -d Ubuntu-20.04 )

https://aka.ms/wslubuntu2004

安装完后，开始菜单找到Ubuntu 20.04，点击即可启动 Ubuntu shell。

参考链接：

https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/wsl/install-win10#manual-installation-steps

https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/wsl/install-manual

3. 手机中抓取perfetto trace方法(Traceur app)

A. 开启开发人员选项，找到并点击系统跟踪，打开以下开关

【类别】建议选中 am、aidl、binder_driver、binder_lock、bionic、freq、gfx、hal、input、res、sched、ss、view、wm。

B. 点击【录制系统跟踪】，即可开始测试，点击通知栏系统跟踪图标停止记录trace日志。

C. 运行如下命令，取出录制的trace文件

adb pull /data/local/traces

清除已录制的trace日志 (每次重测前先清除之前录制的trace)

adb shell "rm -rf /data/local/traces/*"

清除操作也可以点击开发人员选项，在系统跟踪中点击【清除已保存的跟踪记录】

4. 参考链接

https://perfetto.dev/docs/