使用Perfetto分析图形问题

GPU供应商提供了不同的工具来帮助用户分析性能，例如针对Mali GPU的Streamline、针对Andreno GPU的Snapdragon Profiler。Perfetto 是 Google 开发的一款适用于 Android 操作系统的性能工具，可帮助我们收集 GPU 性能信息、进行系统分析并记录系统跟踪。

介绍Perfetto

Perfetto 是下一代系统跟踪工具，使用户能够从 Android Debug Bridge (ADB) 收集性能信息。当你的应用程序遇到性能不佳时，此工具可以帮助你分析和调试图形问题。

系统跟踪是一种记录设备在短时间内的所有活动的机制。该机制生成跟踪文件以生成有关设备系统的报告。Perfetto UI 是一款基于 Chrome 的高级应用程序，可让你方便地检查系统跟踪。

此屏幕截图显示了 Android 跟踪时间线在 Perfetto 上的样子。

用Prefetto来捕获

Android系统跟踪有不同的方法来记录跟踪，例如命令行工具、UI工具。有关更多详细信息，请参阅：
https://perfetto.dev/docs/quickstart/android-tracing。

以下过程描述了其中一种方法。此方法使用设备上的系统跟踪应用程序来捕获跟踪。

步骤 1：将手机连接到你的开发计算机。

步骤2：在主机上运行adb devices，然后设备就可以使用了，如下所示：

$ adb devices
List of devices attached
0123456789ABCDEF        device

步骤 3：在终端窗口中运行以下命令：

$ adb root
$ adb remount

步骤 4：要capture trace，需要在手机上完成以下步骤：

启用开发人员选项。
选择开发者选项。
在调试中选择系统跟踪
点击跟踪可调试应用程序
点击 “record trace”，系统将开始capture trace（注意：在点击“记录跟踪”之前，请确保已启用“跟踪可调试应用程序”）。
运行你要跟踪的应用程序
再次点击 record trace以停止跟踪

步骤5：使用adb下载跟踪报告。使用 adb 从设备中提取系统跟踪。跟踪文件保存在/data/local/traces中。在终端窗口中运行以下命令：

$ adb shell ls /data/local/traces
xxx. perfetto-trace
$ adb pull xxx. perfetto-trace

步骤 6：从https://ui.perfetto.dev/打开跟踪文件，跟踪时间线状态显示出来。

用Prefetto来查看API

Mali DDK 可以启用 Android systrace 支持来收集和检查计时信息。要启用 systrace 支持，必须ANDROID_SYSTRACE=y ANDROID_SYSTRACE_API=y在 DDK 配置中添加。
此示例显示如何在配置中添加选项：

$ cd vendor/arm/gpu/product
$ setup_android juno-android.config ANDROID_SYSTRACE=y ANDROID_SYSTRACE_API=y

然后，构建 DDK。生成的库libGLES_mali.so现在可以支持 API 调用跟踪。

此屏幕截图显示了跟踪文件中的 API 函数。很明显，这个跟踪遇到了一些特定的性能问题。与其他 API 相比，这API glGetIntegerv()需要更长的时间。

要找出为什么glGetIntegerv()需要这么长的时间，可以在底层函数中启用systrace标签来进行进一步的分析。
将 systrace 标签添加到底层函数：

+ ATRACE_BEGIN(“function name”);
function();
+ ATRACE_END();

向底层函数添加更多 systrace 标签，如本示例所示：

+   ATRACE_BEGIN("gles2_query_query_disjoint_count");
    gles2_query_get_query_objectuiv(ctx, query_state->disjoint_query_id, GL_QUERY_RESULT_EXT, counter);
+   ATRACE_END();
……
+   ATRACE_BEGIN("osu_sem_wait");
    osu_sem_wait(&query_object->result_sem);
+   ATRACE_END;

然后，新生成的 Perfetto trace 会显示更多线条，出现在 glGetIntegerv()下面。它显示底层函数osu_sem_wait()消耗了更多时间。

用timestamp来衡量花费的时间

Perfetto 让你直观地了解每个函数所消耗的执行时间。
当你想要优化专用函数时，每次捕获跟踪并将其返回到 Perfetto 进行分析很重要但也很困难。建议是统计成本时间并将数据打印到日志中。你可以通过一些条件控制来减少无用的日志。
用于mali_tpi_get_time_ns()获取专用函数之前和之后的时间戳。mali_tpi_get_time_ns()获取当前时间戳（纳秒精度）。如果要将其转换为毫秒精度，请将值向右移动 20 位，如下所示：

+    uint64_t start = mali_tpi_get_time_ns();
     osu_sem_wait(&query_object->result_sem);
+    uint64_t stop = mali_tpi_get_time_ns();
+    uint64_t reference_time = (stop - start)>>20; // ns -> ms
+    if(reference_time > 1) // more than 1ms
+        ALOGD("osu_sem_wait: 0x%" PRIx64, reference_time);

应用补丁后，logcat 显示执行时间超过 1ms。

$ adb logcat|grep osu_sem_wait
05-18 09:47:41.824  3624  3697 D ser:gpu_proces: osu_sem_wait: 0x1
05-18 09:47:42.000  3624  3697 D ser:gpu_proces: osu_sem_wait: 0x2
05-18 09:47:42.096  3624  3697 D ser:gpu_proces: osu_sem_wait: 0x1

缩小范围就可以找到哪个函数是瓶颈。

用Perfetto分析无限循环

此示例涉及应用程序中发生的挂起问题。要分析此问题的根本原因，你可以捕获 Perfetto 跟踪。完成上一节的第6步后，你可以看到这样的界面。在此示例中，它表示API-glDrawArrays尚未完成。

有了 Perfetto 的知识，很容易理解此类问题与驱动程序有关。为了进一步分析问题，你可以在DDK中启用调试日志并添加一些日志API-glDrawArrays，捕获跟踪，然后重现问题。
重现问题后，保存日志和 Perfetto 跟踪。要查找哪个线程遇到问题，请在阅读日志之前检查 Perfetto 跟踪。然后，你可以简单地找到有问题的线程的日志来分析问题，这样效率更高。

这种方法可以帮助你缩小问题范围，从而快速找出根本原因。

结论

Perfetto 可帮助你从各种数据源收集 Android 设备的系统范围跟踪信息。我们不仅用它来分析性能，还用它来检查一些挂起问题。或许我们以后可以更好地利用这个工具来解决更多的图形问题。