iOS 性能监控(一)—— CPU功耗监控

前言

最近,在看戴铭老师关于 “性能监控” 相关的技术分享,感觉收获很多。基于最近的学习,总结了一些性能监控相关的实践,并计划落地一系列 “性能监控” 相关的文章。

目录如下:

  1. iOS 性能监控(一)—— CPU功耗监控

  2. iOS 性能监控(二)—— 主线程卡顿监控

  3. iOS 性能监控(三)—— 方法耗时监控

本篇将介绍iOS性能监控工具(QiLagMonitor)中与 “CPU功耗监控” 相关的功能模块。

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了解CPU架构

CPU(Central Processing Unit):中央处理器。

主要由 “ 运算器” 、 “控制器” 、 “寄存器 ” 三部分组成。

运算器:负责一些运算操作。(运算)

控制器:负责发出CPU每条指令所需的信息。(发指令)

寄存器:负责存储运算过程或者指令操作的一些临时文件。(存数据)

CPU有“处理指令”、“执行操作”、“控制时间”、“处理数据”四大作用。与我们人体的大脑类似,帮助我们完成各种各样的生理活动。

市场上,我们比较熟悉的CPU架构有ARM(arm64)和Intel(x86)等等。

问:那么对于我们iPhone而言,有哪些CPU架构呢?

目前,市场上大部分的iPhone都是基于 arm64 架构。(iPhone 5s之后)

因为 arm 架构有着功耗低的特点,因此广泛应用在移动设备领域。(intel虽然性能好,但功耗高。因此失去了移动端领域的市场份额。)

PS:CPU与GPU比较?

GPU是图像处理器。在大部分计算机中,GPU仅仅会用来绘制图像。它会迅速算出当前屏幕的所有像素,并在显示器上绘制出来。

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iOS如何监控CPU功耗?

说一下 QiCPUMonitor 的大致实现思路。

  • 首先,获取当前的任务task。从任务task中获得当前所有存活的线程信息。这时,我们就拿到了当前任务所有存活的 “ 线程信息”(threads) 和 “ 存活的线程个数 ”(threadCount) 。

  • 然后,设置一个预定的CPU使用阈值。遍历所有线程的信息,查看是否有线程的CPU使用率cpu_usage “ 超过 ” 预定的阈值(例如CPU使用率超过80%)。

  • 如果有线程的CPU使用率cpu_usage超过预定阈值,就 “存储” 当前线程的调用的堆栈信息。

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QiCPUMonitor的具体实现

首先,介绍一下存储单个线程信息的结构体 thread_basic_info。

struct thread_basic_info {

time_value_t user_time; // 用户运行时长

time_value_t system_time; // 系统运行时长

integer_t cpu_usage; // CPU使用率(理论上限为1000)

policy_t policy; // 调度策略

integer_t run_state; // 运行状态

integer_t flags; // 各种标记

integer_t suspend_count; // 暂停线程的计数

integer_t sleep_time; // 休眠时间

};

名称 介绍
user_time 用户运行时间(精确到微妙)。
system_time 系统运行时(精确到微妙)。
cpu_usage cpu使用率(理论上限1000)。
policy 调度策略。
run_state 五种 “运行状态”:
1> running 运行中
2> stopped 已停止
3> waiting 等待中
4> uninterruptible 不可中断
5> halted 被阻塞
flags 三种 “线程标志”:
1> swapped 换出
2> idle 空闲
3> global forced idle 全局强制空闲。
suspend_count 线程已经被挂起的计数。
sleep_time 线程已经挂起的时间(精确到秒)。

其次,声明三个变量: threads、threadCount、thisTask

分别表示:

参数名 参数含义
threads 用来存储当前任务task下的所有线程信息。
threadCount 用来存储有几条线程。
thisTask 用来存储当前任务task。

thread_act_array_t threads; //! 一个数组,用来记录当前任务下的所有线程。

mach_msg_type_number_t threadCount = 0; //! 一个数,该参数用来记录线程的个数。

const task_t thisTask = mach_task_self(); //! 获取当前任务的task

然后,通过 thisTask, 获取对应的 threads 信息以及 threadCount

 kern_return_t kr = task_threads(thisTask, &threads, &threadCount); //! 通过thisTask,获取threads以及threadCount。

同时,检查是否获取成功, KERN_SUCCESS = 0 代表成功,其他有对应的错误码有 52 种。

if (kr != KERN_SUCCESS) { //! 检查是否成功,KERN_SUCCESS = 0 代表成功,其他有对应的错误码有52种。

return;

}

最后,遍历当前任务内所有存活的线程,查看每条线程的信息。每当有线程的CPU使用率( cpu_usage )超过指定阈值,就将当前线程的调用堆栈存入数据库。

//! 遍历当前任务内存活的所有线程

for (int i = 0; i < threadCount; i++) {


thread_info_data_t threadInfo; // 32位data

thread_basic_info_t threadBaseInfo;


mach_msg_type_number_t threadInfoCount = THREAD_INFO_MAX;


if (thread_info((thread_act_t)threads[i], THREAD_BASIC_INFO, (thread_info_t)threadInfo, &threadInfoCount) == KERN_SUCCESS) {

threadBaseInfo = (thread_basic_info_t)threadInfo; // 获取线程的信息

if (!(threadBaseInfo->flags & TH_FLAGS_IDLE)) {

integer_t cpuUsage = threadBaseInfo->cpu_usage / 10; // CPU最大usage为1000,因此除10即可获得CPU当前的利用率。

if (cpuUsage > CPUMONITORRATE) { // 超过设定的阈值时,记录堆栈

//cup 消耗大于设置值时打印和记录堆栈

NSString *reStr = qiStackOfThread(threads[i]);

QiCallStackModel *model = [[QiCallStackModel alloc] init];

model.stackStr = reStr;

//记录数据库中

[[[QiLagDB shareInstance] increaseWithStackModel:model] subscribeNext:^(id x) {}];

NSLog(@"CPU useage overload thread stack:\n%@",reStr);

}

}

}

}

为了监控的同时,又不影响App性能,故这个判断用一个定时器,每3秒刷新一次即可。

//! 监测 CPU 消耗

self.cpuMonitorTimer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:3

target:self

selector:@selector(updateCPUInfo)

userInfo:nil

repeats:YES];

源码

QiLagMonitor

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