iOS 性能监控(一)—— CPU功耗监控

级别:★☆☆☆☆
标签:「iOS」「性能监控」「工具」「CPU」
作者: 647
审校: QiShare团队


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:
iOS 性能监控(一)—— CPU功耗监控
iOS 性能监控(二)—— 主线程卡顿监控
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。

一、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。
(PS:关于ARM与intel的区别可以查看这篇博客

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。

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。)

CPU架构 机型
armv6 iPhone、iPhone 2、iPhone 3G
armv7 iPhone3GS、iPhone 4、iPhone 4S、iPad、iPad 2
armv7s iPhone 5、iPhone 5c
arm64 iPhone 5s、iPhone 6、iPhone 6 plus、iPhone 7、iPhone 7 plus、iPhone 8、iPhone 8 plus、iPhone X、iPhone XS、iPhone XR、iPhone 11、iPhone 11 pro、iPhone 11 pro max、iPad Air、iPad Air2、iPad mini2、iPad mini3、iPad mini4、iPad pro...

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。


二、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)“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。


三、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:threadsthreadCountthisTask

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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