Janky frames 是如何计算出来的

2018-02-27 11:19:30来源:https://www.jianshu.com/p/2687bd8fc2b7作者:张旭童人点击

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本文出自:【张旭童的简书】 (http://www.jianshu.com/users/8e91ff99b072/latest_articles)
想来gayhub和我gaygayup:【mcxtzhang的Github主页】https://github.com/mcxtzhang



背景

最近在做一些性能监控的工作,其中线下监控fps这一项,经过调研,最终采用dumpsys gfxinfo的方式。


在6.0+的手机中执行如下命令,


adb shell dumpsys gfxinfo 包名 

可以得到一些log:


Applications Graphics Acceleration Info:
Uptime: 3820706382 Realtime: 3903615964
** Graphics info for pid 427 [包名] **
Stats since: 3820661771494092ns
Total frames rendered: 201
//重点关注对象
Janky frames: 76 (37.81%)
50th percentile: 6ms
90th percentile: 19ms
95th percentile: 61ms
99th percentile: 300ms
Number Missed Vsync: 14
Number High input latency: 0
Number Slow UI thread: 17
Number Slow bitmap uploads: 5
Number Slow issue draw commands: 60
........
//重点关注对象
ActivityName/android.view.ViewRootImpl@d4c0f16 (visibility=0)
//每个Activity的每一帧的原始数据,包含每个阶段的时间戳
---PROFILEDATA---
Flags,IntendedVsync,Vsync,OldestInputEvent,NewestInputEvent,HandleInputStart,AnimationStart,PerformTraversalsStart,DrawStart,SyncQueued,SyncStart,IssueDrawCommandsStart,SwapBuffers,FrameCompleted,
0,3820697872348436,3820697872348436,9223372036854775807,0,3820697872662836,3820697872693045,3820697872814399,3820697872932628,3820697873194607,3820697873228461,3820697873328982,3820697873869086,3820697876514920,
0,3820697889204506,3820697889204506,9223372036854775807,0,3820697889517524,3820697889547211,3820697889672211,3820697889801899,3820697890120649,3820697890156586,3820697890267524,3820697890787836,3820697892957628,
0,3820697906060465,3820697906060465,9223372036854775807,0,3820697906622211,3820697906650857,3820697906761795,3820697906888357,3820697907180024,3820697907215961,3820697907325857,3820697907809190,3820697909209190,
0,3820697922916378,3820697922916378,9223372036854775807,0,3820697923237315,3820697923265440,3820697923397732,3820697923533149,3820697923806586,3820697923837315,3820697923936795,3820697924388878,3820697927055024,
0,3820697939772285,3820697939772285,9223372036854775807,0,3820697940389920,3820697940418565,3820697940532628,3820697940652420,3820697940915961,3820697940948774,3820697941046690,3820697941496170,3820697943844086,
0,3820697956628358,3820697956628358,9223372036854775807,0,3820697956922732,3820697956952940,3820697957073774,3820697957197732,3820697957457107,3820697957490961,3820697957583149,3820697958036795,3820697959429503,
............

其中有一项名为:Janky frames的数据引起了我们的兴趣。


Janky frames该如何理解呢?参考官方文档1 的说明,似乎就是掉帧的数量。


可如果按照掉帧的数量来理解,这份log显示的掉帧率高达37.81%,一个app如果近40%的帧都被skip,用户不可能毫无感知。


但在我们测试时,没有感觉到明显的卡顿。(且根据原始数据,用另外一套计算方式,算出的帧率fps值也与掉帧率的百分比矛盾)


但这Janky frames毕竟是官方adb命令给出的值,具有一定的权威性,于是我们开始自我怀疑,


是我们的眼睛没有看出卡顿?
是我们计算帧率fps的方式出现了问题?
...

由于官方在log中并未给出实际fps的值,于是为了探究问题出在哪里,也为了参考官方的计算标准,即如何判定一帧出现了janky,我便把黑手伸向了无辜的源码,毕竟源码之下,了无秘密。


遂,现在的目标是:


找到adb shell dumpsys gfxinfo的源码
找到源码里关于Janky frame的计算方法
找到gfxinfo源码

经过搜索,在Android dumpsys工具分析文中中得知,当我们执行adb shell dumpsys后,根据后面不同的参数,例如meminfogfxinfo,实际上是通过ServiceManager->checkService(services[i])方法,从ServiceManager中取出对应服务的Binder对象,并最终通过service->dump(STDOUT_FILENO, args)调用对应服务Binder对象的dump()方法执行具体命令。


这些系统服务的注册,是在AMS(ActivityManagerService.java)里的setSystemProcess()里完成的,


    public void setSystemProcess() {
try {
//在ServiceManager中注册服务
//"activity";
ServiceManager.addService(Context.ACTIVITY_SERVICE, this, true);
ServiceManager.addService(ProcessStats.SERVICE_NAME, mProcessStats);
ServiceManager.addService("meminfo", new MemBinder(this));
ServiceManager.addService("gfxinfo", new GraphicsBinder(this));
ServiceManager.addService("dbinfo", new DbBinder(this));
...
} catch (PackageManager.NameNotFoundException e) {
throw new RuntimeException(
"Unable to find android system package", e);
}
}

可以看到,我们熟悉的 "activity"、"meminfo"以及本文的主角"gfxinfo"都在其中注册。


java层源码

顺藤摸瓜,我们看看GraphicsBinder这个类以及它的dump()方法:


    static class GraphicsBinder extends Binder {
ActivityManagerService mActivityManagerService;
GraphicsBinder(ActivityManagerService activityManagerService) {
mActivityManagerService = activityManagerService;
}
@Override
protected void dump(FileDescriptor fd, PrintWriter pw, String[] args) {
if (!DumpUtils.checkDumpAndUsageStatsPermission(mActivityManagerService.mContext,
"gfxinfo", pw)) return;
//调用ams的dumpGraphicsHardwareUsage()方法
mActivityManagerService.dumpGraphicsHardwareUsage(fd, pw, args);
}
}

dump()方法很简单,仅仅验证权限后调用ams的dumpGraphicsHardwareUsage()方法,继续跟进:


    final void dumpGraphicsHardwareUsage(FileDescriptor fd,
PrintWriter pw, String[] args) {
//根据args参数,参数里包含进程名 或者进程id,得到指定进程。 如果args参数里不包含进程名,则得到所有进程
ArrayList<ProcessRecord> procs = collectProcesses(pw, 0, false, args);
//没有符合条件的进程时的输出
if (procs == null) {
pw.println("No process found for: " + args[0]);
return;
}
//执行命令时的时间
long uptime = SystemClock.uptimeMillis();
long realtime = SystemClock.elapsedRealtime();
pw.println("Applications Graphics Acceleration Info:");
pw.println("Uptime: " + uptime + " Realtime: " + realtime);
//循环进程列表
for (int i = procs.size() - 1 ; i >= 0 ; i--) {
ProcessRecord r = procs.get(i);
if (r.thread != null) {
pw.println("/n** Graphics info for pid " + r.pid + " [" + r.processName + "] **");
pw.flush();
try {
TransferPipe tp = new TransferPipe();
try {
//重点,执行每个进程的ApplicationThread的dumpGfxInfo()方法
r.thread.dumpGfxInfo(tp.getWriteFd(), args);
tp.go(fd);
} finally {
tp.kill();
}
} catch (IOException e) {
pw.println("Failure while dumping the app: " + r);
pw.flush();
} catch (RemoteException e) {
pw.println("Got a RemoteException while dumping the app " + r);
pw.flush();
}
}
}
}

可以看到,我们关心的核心输出(Janky frames部分)以进程区分,并在ApplicationThread.dumpGfxInfo()方法中输出。
ApplicationThreadActivityThread.java中,继续跟进:


        @Override
public void dumpGfxInfo(ParcelFileDescriptor pfd, String[] args) {
//jni ,janky frames输出就在其中
dumpGraphicsInfo(pfd.getFileDescriptor());
// java方法,输出 Profile data in ms: 后面的部分
WindowManagerGlobal.getInstance().dumpGfxInfo(pfd.getFileDescriptor(), args);
IoUtils.closeQuietly(pfd);
}

// ------------------ Regular JNI ------------------------
private native void dumpGraphicsInfo(FileDescriptor fd);

查看WindowManagerGlobal.dumpGfxInfo()方法:


    public void dumpGfxInfo(FileDescriptor fd, String[] args) {
FileOutputStream fout = new FileOutputStream(fd);
PrintWriter pw = new FastPrintWriter(fout);
try {
synchronized (mLock) {
final int count = mViews.size();
pw.println("Profile data in ms:");
for (int i = 0; i < count; i++) {
ViewRootImpl root = mRoots.get(i);
String name = getWindowName(root);
pw.printf("/n/t%s (visibility=%d)", name, root.getHostVisibility());
ThreadedRenderer renderer =
root.getView().mAttachInfo.mThreadedRenderer;
if (renderer != null) {
renderer.dumpGfxInfo(pw, fd, args);
}
}
pw.println("/nView hierarchy:/n");
int viewsCount = 0;
int displayListsSize = 0;
int[] info = new int[2];
for (int i = 0; i < count; i++) {
ViewRootImpl root = mRoots.get(i);
root.dumpGfxInfo(info);
String name = getWindowName(root);
pw.printf(" %s/n %d views, %.2f kB of display lists",
name, info[0], info[1] / 1024.0f);
pw.printf("/n/n");
viewsCount += info[0];
displayListsSize += info[1];
}
pw.printf("/nTotal ViewRootImpl: %d/n", count);
pw.printf("Total Views: %d/n", viewsCount);
pw.printf("Total DisplayList: %.2f kB/n/n", displayListsSize / 1024.0f);
}
} finally {
pw.flush();
}
}

可知,其中输出的是"Profile data in ms:"后面部分的log,所以,我们关心的部分就在JNI里了。


C层源码

看到JNI我是抗拒的,本科时学的那些C、C++早已记不太清,一想到要看C层的源码,就觉得头大。原本想溜,但是转念一想,我只需要关注它对于"Janky frame"的计算方式,无外乎那些数学运算。只要重点关注函数调用处,搜索关键字,说不定可以找到答案。于是,继续跟进。


由于涉及C层的源码在AndroidStudio中查看不了,下面的分析使用查看framework源码网站进行。我全局搜索了关键字dumpGraphicsInfo,找到函数定义处:


[图片上传失败...(image-c02780-1517466253400)]
进入android_view_DisplayListCanvas.cpp查看():


[图片上传失败...(image-1ac76-1517466253400)]
搜索dumpGraphicsMemory


[图片上传失败...(image-3561dc-1517466253400)]
进入RenderProxy.cpp后,
[图片上传失败...(image-9d5c50-1517466253400)]
由于对c++不是很懂,这一块的代码不是很懂,但是从全局搜索只有三处调用,而且从jankTracker的字样上可以看出(这一步有一些连蒙带猜),这里应该是正确的方向,继续跟进:
JankTracker.h文件中:
[图片上传失败...(image-5f14bc-1517466253400)]
于是我们进入JankTracker.cpp中查看dumpData()方法的具体实现:


[图片上传失败...(image-93dee3-1517466253400)]
看到这里我是既兴奋又痛苦。兴奋的是我找到了最终log对应的输出之处,痛苦的是,这里仅仅是将ProfileData->jankFrameCount字段输出,看来革命之路还长,还要找到赋值的地方。


jankFrameCount 赋值之处

全局搜索->jankFrameCount调用之处,:


[图片上传失败...(image-d7ee56-1517466253400)]
发现仅在JankTracker.cpp中使用到,在addFrame()函数中会递增:


[图片上传失败...(image-1577db-1517466253400)]
可以看出,如果一帧的时间如果小于mFrameInterval,则return,那么jankFrameCount不会递增,即 每一帧的时间大于等于mFrameInterval,就是Janky frame


看来我们离答案已经很接近了,那么mFrameInterval是多少呢?
搜索mFrameInterval是在setFrameInterval()中赋值的:


[图片上传失败...(image-fc007e-1517466253401)]
setFrameInterval()在JankTracker初始化时调用:
[图片上传失败...(image-ab8fb4-1517466253401)]
根据官方文档1以及官方视频why60fps,刷新频率fps是60。所以可得frameIntervalNanos约等于16.67ms.


结论

至此我们可以得出结论,官方衡量Janky frames的标准:一帧的时间超过16.67ms。


想法

注:以下想法目前还没有源码撑腰,并不一定正确,如有错误以及知情大佬,烦请指正,谢谢


有上述结论可以看出 Janky frames确实代表了这一帧的完整绘制时间太久,出现了问题,


那么回到我们文首的问题,某些页面的Janky frames高达近37.81%,为何我们没有感到卡顿?以及为何算出来的fps并没有低于37.2= 60*(1-0.38)?


关于这个问题,经过讨论,有以下暂时的想法:


Android 5.0以后,加入了RenderThread,用于分担UI Thread的部分绘制工作。即一帧的完整绘制时间 是由UIThread和RenderThread上的耗时相加得到的。
UI Thread在处理完input animation以及部分draw的工作后,将剩余绘制工作交于RenderThread,UI Thread此时可以继续处理下一个VSYNC到来时的工作。
RenderThread 以及三缓冲机制

[图片上传失败...(image-2f72c8-1517466253401)]


可以看出B先导致了一次视觉上的jank,C理论上也是jank的(相加时间超过了16.67ms),但是由于此时屏幕上显示的是B,C虽然delay了一帧,但是由于C之前的B已经delay了一帧,所以C看起来仍然是紧跟着B显示在屏幕上,而且A顺利的在16.67ms完成了任务,紧跟着C继续绘制了,则用户在视觉上只少看到了一帧。


所以我们的想法是:


在Android5.0+,Janky frames 并不代表用户视觉上的,显示在屏幕上的丢帧率,但是它可以代表有问题的帧率,


即这些帧有问题,但最终由于三缓冲机制的背锅,部分帧没有最终影响到用户,


所以实际上的fps值会高于 60(1-掉帧率).*


这个问题后面也会继续跟进,做到理据服。








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