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應用可靠性與性能不給力?HarmonyOS HiViewDFX了解一下

HarmonyOS開發(fā)者 ? 來源:未知 ? 2023-02-04 12:50 ? 次閱讀
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作為基礎(chǔ)軟件服務子系統(tǒng)的HarmonyOS HiViewDFX(以下簡稱HiViewDFX)框架,是HarmonyOS的公共基礎(chǔ)設(shè)施。包括日志、事件、跟蹤、故障管理及觀測剖析五大部分,同時也提供了故障檢測、定位和性能觀測剖析的開發(fā)套件,以及將端側(cè)數(shù)據(jù)直接對接云側(cè)大數(shù)據(jù)質(zhì)量分析平臺和IDE(Integrated Development Environment, 集成開發(fā)環(huán)境)調(diào)試調(diào)優(yōu)工具。為應對應用開發(fā)難題,HiViewDFX提供了高保障能力。

HarmonyOSHiViewDFX框架圖


HiViewDFX介紹

一般地,捕獲異常信號需要自行增加捕獲異常的機制,通過信號來感知異常及采集對應的異常日志,但是往往這類信息無法有效的與系統(tǒng)信息關(guān)聯(lián)。

HiViewDFX為應用開發(fā)者提供了具有輕量級故障檢測、精準的故障定位日志以及快速恢復功能的開發(fā)套件,能夠迅速提高應用的可靠性。
如下圖所示,在HarmonyOS系統(tǒng)中首先內(nèi)置崩潰、泄漏、卡死等輕量級故障檢測器,用來記錄應用在系統(tǒng)側(cè)的異常狀態(tài)。
其次,在應用程序框架內(nèi)及運行時增加了異常捕獲能力,使得系統(tǒng)和應用能夠分層檢測和記錄異常信息,通過開放查詢、訂閱、恢復三個API(Application Programming Interface, 應用程序編程接口)提供給開發(fā)者。

HarmonyOS應用異常處理框架圖

在應用崩潰和卡死的時候,HiViewDFX提供的精準日志定位功能能夠詳細地記錄異常發(fā)生時的日志。
HiViewDFX 提供了對應的應用異常日志查詢接口,將JS_CRASH, CPP_CRASH, APP_FREEZE這三類故障日志提供給開發(fā)者,并且是結(jié)構(gòu)化的日志信息,開發(fā)者可以從反饋的信息中快速獲取到故障的相關(guān)信息。
為給用戶提供更佳的體驗,在日志信息反饋異常數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,HiViewDFX提供了應用快速恢復的框架(如下圖),當系統(tǒng)感知到JS_CRASH, CPP_CRASH, APP_FREEZE, KILL等故障之后,能快速通知應用,應用將之前的狀態(tài)進行保存,而后系統(tǒng)會自動拉起應用,然后恢復到故障前的原界面。

應用恢復框架圖


HIViewDFX相關(guān)工具介紹

HiViewDFX的工具入口---Insight,是DevEco Studio中的插件,擁有眾多系統(tǒng)能力支撐,如圖所示,有調(diào)試連接器、HiTrace、HiPerf 以及HiProfiler 框架。
HiViewDFX提供的系統(tǒng)能力包含日志、事件、分布式跟蹤、故障等。

HiViewDFX調(diào)試調(diào)優(yōu)架構(gòu)圖

接下來,就讓我們一起了解下HiViewDFX提供的部分工具吧!
1)調(diào)試連接器
如下圖所示,調(diào)試連接器是連接上位機和下位機的通道,通常用做嵌入式開發(fā),常用的連接工具,比如,基于串口或者網(wǎng)口的Telnet、SSH等。
HarmonyOS面向不同形態(tài)的設(shè)備時,這些設(shè)備可能不具備網(wǎng)口或者USB端口,只有一個串口,要支持這個,串口上需要具備Shell和文件IO等功能。有了調(diào)試連接器作為中轉(zhuǎn),就可以讓開發(fā)者使用的IDE和其他工具腳本無需面臨硬件的復雜性,更好的關(guān)注調(diào)試和調(diào)優(yōu)本身。

調(diào)試連接器原理示意圖

2)HiTrace
如下圖所示,HiTrace工具用于追蹤進程軌跡,進行程序性能分析,支持內(nèi)核FTrace預置埋點和用戶態(tài)打點。
在性能分析中,Trace是最常用的方式,可以說Trace就是性能的日志,把Trace按照模塊分門別類,這就是Trace的Tag。例如,Sched是操作系統(tǒng)內(nèi)核的調(diào)度信息打點;Ability是Ability模塊在用戶態(tài)的關(guān)鍵生命周期打點。
假設(shè)定位某應用掉幀的問題,在分析時,打開Graphic、Ability、Sched等tag點,可以在Insight里面分析應用在送顯、圖形模塊繪制相關(guān)的耗時。

HiTrace工具原理示意圖

3)HiPerf
如下圖所示,HiPerf是為開發(fā)者提供的采樣調(diào)優(yōu)分析工具,通過采樣的方式,可以采集CPU PMU、Tracepoints以及程序熱點函數(shù)信息,并且和Insight聯(lián)動,提供離線和實時分析的能力。
HiPerf采集定位過程中會遇到一個難點:使用跨編程語言,在程序運行時,可能會存在一些跨語言的調(diào)用。例如,從JS調(diào)用NAPI到C++接口等。
因為是抽樣的調(diào)用棧采集,如果只采集其中一種語言的調(diào)用棧會導致兩個語言之間的耗時數(shù)據(jù)無法同步,從而產(chǎn)生沖突,影響性能問題的度量和定位,所以在調(diào)用棧采集的時候進行縫合。
HiPerf工具原理示意圖
如下圖所示,這段JS代碼調(diào)用了三個內(nèi)存相關(guān)的數(shù)據(jù)獲取接口,均是NAPI實現(xiàn)的NATIVE接口。
在HiPerf中,首先采集NAPI調(diào)用JS的調(diào)用棧信息,當采集到一個C++的調(diào)用棧時,此時棧頂是函數(shù)NativeFunctionCallBack()的NAPI回調(diào),則這個NATIVE調(diào)用棧就可以和前一次采集到的JS調(diào)用棧合并,最終拼接出一個完整的調(diào)用棧。

NAPI調(diào)用中JS-CPP??p合示意圖

除了上述系統(tǒng)內(nèi)置的分析點,開發(fā)者也可以通過HiTrace接口增加自定義的性能分析打點。
如下列代碼所示,HiTraceMeter的接口比較簡單,找到一段流程的開始和結(jié)束,加上Trace打點,就能在Insight中看到Start-End的耗時。
// API
declare namespace hiTraceMeter {
// Async trace
function startTrace(name: string, taskId: number, exceptedTime?: number): void;
function finishTrace(name: string, taskId: number): void;


// Counter trace
function traceByValue(name: string, count: number): void;
}


//example
onWindowStageCreate(windowStage) {
...
hiTraceMeter.startTrace('getMainWindow');
windowStage.getMainWindow().then((win) => {
Appstorage.SetOrCreate(Constants.MAIN_WINDOW, win);
hiTraceMeter.finishTrace('getMainWindow');
...
});
...
}

HiTrace API介紹及開發(fā)樣例圖(左右滑動)

4)HiProfiler
HiProfiler 框架是基于HiViewDFX基礎(chǔ)能力構(gòu)建的一個插件集,可以為Insight提供調(diào)優(yōu)數(shù)據(jù)采集。
該組件整體分為PC端和設(shè)備端兩部分。
PC端最終作為DevEco Studio的插件進行發(fā)布,內(nèi)部主要包括分為UI繪制、設(shè)備管理、進程管理、插件管理、數(shù)據(jù)導入、數(shù)據(jù)存儲、 數(shù)據(jù)分析、Session管理、配置管理等模塊。
設(shè)備端主要包括命令行工具、服務進程、插件集合、應用程序組件等模塊。
設(shè)備端提供了插件擴展能力,對外提供了插件接口,基于該擴展能力可以按需定義自己的能力,并集成到框架中。
HiProfiler框架

如何查詢內(nèi)存信息

操作系統(tǒng)對內(nèi)存是分級定義的,從物理地址空間到虛擬地址空間,再分為用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)。應用內(nèi)存調(diào)優(yōu)分析的時候,還需要分解到虛擬地址、Ark JS的內(nèi)存、NATIVE的內(nèi)存、字體圖標等資源、So的映射、線程棧等,這些都屬于內(nèi)存觀測的范圍。
HiViewDFX提供了HiDumper工具,作用是系統(tǒng)信息查詢,它提供了系統(tǒng)版本、CPU占用率、內(nèi)存以及Sa信息,開發(fā)者可以使用HiDumper來分析應用的內(nèi)存(如下圖)。
開發(fā)者分析內(nèi)存比較關(guān)注的是Ark JS Heap以及NATIVE Heap、Pss、Dirty這些指標,如果程序有內(nèi)存泄漏或者一般的內(nèi)存膨脹的問題,可以看到這些值會不斷變大。

HiDumper查看內(nèi)存信息示意圖

如果應用要在程序中監(jiān)控內(nèi)存,可以使用這組HiDebug接口(如下列代碼所示),前三個接口是NATIVE內(nèi)存分配器的統(tǒng)計信息,可以獲取NATIVE分配器的總大小、分配大小和可用大小,后三個接口是從系統(tǒng)Smaps獲取的統(tǒng)計信息,注意這兩個信息不是一個維度上的,不能做數(shù)據(jù)的等同,在使用場景上也有差異。
// API
declarenamespacehidebug{
functiongetNativeHeapSize():bigint;
function getNativeHeapAllocatedSize(): bigint;
functiongetNativeHeapFreeSize():bigint;
functiongetPss():bigint;
functiongetSharedDirty():bigint;
functiongetPrivateDirty():bigint;
}

HiDebug接口示意圖(左右滑動)

分配器的信息經(jīng)常用于統(tǒng)計程序中對Native內(nèi)存的分配情況,不代表這些內(nèi)存實際被使用,這部分內(nèi)存是開發(fā)者可以控制且可以進行優(yōu)化的。
而系統(tǒng)Smaps統(tǒng)計信息,常用于程序感知自身內(nèi)存的實際占用大小,這個大小經(jīng)常受到分配器延遲釋放、系統(tǒng)延遲回收、Copy-on-write、分配器MetaData額外損耗等,造成統(tǒng)計出來的內(nèi)存信息和分配器控制的內(nèi)存不完全等同,往往不能作為內(nèi)存優(yōu)化的直接依據(jù),而是作為內(nèi)存壓力統(tǒng)計的依據(jù)。

如何進行內(nèi)存調(diào)優(yōu)分析

我們通過信息查詢得知了內(nèi)存的大小信息,那么如何進行內(nèi)存分析呢?

如下圖所示,右側(cè)部分是開發(fā)者使用Insight進行分析的樣例。
首先分析泳道圖上的內(nèi)存曲線,得到三類數(shù)據(jù),JS、Native和虛擬內(nèi)存,它們采集的分配信息基本都比較相似。例如,圖中分配信息部分,名字和調(diào)用棧,是區(qū)分一塊內(nèi)存的重要信息,地址和大小是一塊內(nèi)存的基本信息。引用關(guān)系可以幫助我們建立內(nèi)存之間的關(guān)系樹,幫助我們更快找到內(nèi)存的引入點。分配時間則可以幫助開發(fā)者了解哪些內(nèi)存會長時間存留,長時間存留的內(nèi)存是需要重點關(guān)注的。

內(nèi)存分析數(shù)據(jù)采集原理圖

另外,雖然虛擬內(nèi)存在64位上可能不是一個痛點問題,但是在32位程序上經(jīng)常會導致問題。32位程序的地址空間只有4GB,如果是32位內(nèi)核,那么用戶態(tài)一般情況只有3GB地址空間,這種情況下開發(fā)者需要關(guān)注虛擬內(nèi)存的使用情況,HarmonyOS的做法是在Mmap的地方進行Hook,拿到分配的調(diào)用棧,并且對系統(tǒng)映射的絕大多數(shù)匿名頁都進行了命名。因此不論是文件頁還是匿名頁,在分配信息中都能看到頁的命名信息,這對于內(nèi)存分析非常有幫助。

以上就是HiViewDFX提供的可靠性和性能優(yōu)化調(diào)試調(diào)優(yōu)能力的相關(guān)介紹了,歡迎廣大開發(fā)者使用HiViewDFX框架來開發(fā)一個高可靠高性能的應用!


END


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