Matrix-iOS 耗电监控

前言

在微信开发过程中,有时会收到一些反馈说,手机使用微信一段时间后就开始发烫了。为了跟进用户的发烫问题,最开始的时候,我们只能通过日志看看用户在这段时间做了些什么操作,努力去复现问题。

会导致手机发烫的原因很多,有可能只是用户在阳光下使用手机;但也有可能真的是微信某个模块代码有问题,导致当前 CPU 占用过高。这很让人头疼。如果能像查卡顿问题一样,有堆栈就好了。

在 WWDC 2018  What’s New in Energy Debugging,苹果推介了 Energy Log 这种日志来查耗电问题。系统定期会获取当前应用的线程堆栈,当应用在前台平均三分钟或者后台平均一分钟内 CPU 占用超过 80%,系统会将收集到的线程堆栈组合成一颗函数调用树形成 Energy Log。

在 “Xcode -> Organizer -> Energy Log” 中可以看到应用上报上来的 Energy Log 数据。这些数据确实暴露了微信的一些代码问题,拿到几份 Energy Log 后,我们能快速地定位出一些耗电场景。但是 Energy Log 日志是 iOS 系统收集的,我们无法对日志做定制化,无法扩展;而且在日常开发过程中,获取 Energy Log 的成本很高。

经 Energy Log 的启发,我们在 Matrix 扩展实现了耗电监控功能,现在 Matrix 也能上报应用的 “Energy Log” —— 耗电堆栈。

耗电监控实现

iOS/macOS 的 Mach 内核提供了获取一个线程的使用信息的方法。这些信息记录在 thread_basic_info 结构体中:

struct thread_basic_info {    time_value_t   user_time;     /* user run time */    
time_value_t   system_time;   /* system run time */    
integer_t       cpu_usage;     /* scaled cpu usage percentage */    
policy_t       policy;         /* scheduling policy in effect */    
integer_t       run_state;     /* run state (see below) */    
integer_t       flags;         /* various flags (see below) */    
integer_t       suspend_count; /* suspend count for thread */    
integer_t       sleep_time;     /* number of seconds that thread  has been sleeping */};

从 thread_basic_info 中可以获得线程的 CPU 占用。当前应用的总 CPU 占用即为每个线程 CPU 占用的累加。

在 iPhone 7 Plus 上测试,获取有十个线程的应用的总 CPU 占用平均耗时是 0.5 毫秒。

当识别出一个线程的 CPU 占用过高,iOS/macOS 平台上可以使用 backtrace() 函数获取到当前线程的堆栈。Matrix 耗电监控的实现就是建立在这个基础上。

Matrix 耗电监控在应用启动后开启一个检测子线程,检测线程不断去识别出当前应用哪个线程的 CPU 占用过高,将耗 CPU 多的线程的堆栈收集起来。当应用 CPU 占用达到阈值时,耗电监控将收集到的堆栈组合形成耗电堆栈。具体监控流程如下:

一些细节:

  1. 为了避免获得的堆栈无意义,只获取占用 CPU 超过 5% 的线程的堆栈;
  2. 获得的耗 CPU 线程堆栈只存储在内存的循环队列中;
  3. 耗电监控默认是当应用平均一分钟内 CPU 占用超过80%,把循环队列存储的堆栈组合成耗电堆栈。

在 iPhone 7 Plus 下测试,执行 backtrace( ) 获得一个线程的堆栈平均耗时是 50 微秒;在实际应用场景中,应用 CPU 占用过高时,一般最多只有 5 个线程的 CPU 占用会超过 5%。引入耗电监控几乎不带来性能损耗。

耗电堆栈

收集得到的耗 CPU 堆栈是如何组成耗电堆栈呢?如下图所示,将 2 秒内的两个耗 CPU 线程堆栈组合成耗电堆栈的过程:

耗电堆栈中的数字代表堆栈函数被收集到的次数,缩进关系代表函数之间的调用关系。可以认为在耗电堆栈中,函数对应的数字越大,这个函数占用了更多的 CPU。

耗电监控在异步线程生成耗电堆栈。在 iPhone 7 Plus 测试,生成一个耗电堆栈耗时为 17 毫秒,该耗时和堆栈的复杂度有关,仅作为参考。

耗电监控已经在 iOS 微信灰度并上线了一段时间,期间通过耗电堆栈,我们发现了一些耗电场景:

1. 同时上传或者下载多张图片;

2. 同时下载大量微信收藏资源;

3. 进行 Voip 视频通话;

4. 使用微信小游戏;

5. 计算微信占用磁盘空间大小。

其中“计算微信占用磁盘空间大小”这个场景,对应的耗电堆栈如下:

通过这份堆栈,并结合 Xcode 提供的 Instrument 工具,我们分析了这个场景占用 CPU 的具体原因。最近,我们通过缓存文件夹大小的计算结果对这个场景进行了优化。

接入耗电监控

Matrix 耗电监控复用了原有卡顿监控的检测线程,相关的配置定义在 WCBlockMonitorConfiguration 中:

  • bGetPowerConsumeStack
  • powerConsumeStackCPULimit

bGetPowerConsumeStack 设置为 YES ,即能让应用开启耗电监控;

powerConsumeStackCPULimit 设置应用耗电的 CPU 阈值,默认值为 80%。

耗电堆栈作为 WCCrashBlockMonitorPlugin 中的一种日志类型进行上报:

  • EDumpType_PowerConsume = 2011

获取耗电堆栈日志和获取前台卡顿日志的方式一致。

最后

耗电监控作为 Matrix 组件的新特性,全部代码已经开源,开源地址:https://github.com/tencent/matrix ,欢迎提出你的 issue 和 PR。

原文发布于微信公众号 - WeMobileDev(WeMobileDev)

原文发表时间:2019-08-08

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