一文解析Systrace 的原理、流程及定制

一、原理和基本流程

Systrace是android性能调试优化的常用工具，它可以收集进程的活动信息，如界面布局、UI渲染、binder通信等；也可以收集内核信息，如cpu调度、IO活动、中断等；这些信息会统一时间轴，在Chrome浏览器中显示出来，非常方便工程师性能调试、优化卡顿等工作。

简易的流程图如下，systrace是基于ftrace实现的，而ftrace 是 Linux 内核中的调试跟踪机制。

1. 首先systrace指定抓取trace的类别等参数，然后触发手机端的/system/bin/atrace 开启对应文件节点的信息记录，接着atrace会读取 ftrace 的缓存，生成只包含ftrace信息的atrace_raw。
2. Systrace会进一步收集系统的ps、task等信息，这些信息是为了协助解析atrace_raw中的ftrace信息，比如ps信息可以得到进程的名称，而不是难记的pid号。处理后的ftrace信息将和systrace目录下的prefix.html、systrace_trace_viewer.html、suffix.html整合为一体，成为单个的html文件。
3. 当浏览systrace信息时，Chrome浏览器借助systrace解析器（通过chrome://tracing访问），解析上面生成的trace.html文件，把其中原始的ftrace信息分门别类，再按照时间轴聚合排列，绘制出不同色块，简洁可观的显示在html页面上。

二、具体实现

Systrace是怎么把系统多种多样的信息都整合进ftrace中的呢？请看下图：

Systrace抓取的trace数据，总体上可以分为两类，一类是Java和Native在用户层发生的函数调用，一类是内核态的事件信息。

用户层的函数调用，其实最终事件记录都是同一个文件节点/sys/kernel/debug/tracing/trace_marker。

此节点允许用户层写入字符串，ftrace会记录该写入操作时的时间戳，当用户在上层调用不同函数时，写入不同的调用信息，比如函数进入和退出分别写入，那么ftrace就可以记录跟踪函数的运行时间。

atrace在处理用户层的多种trace类别时，仅仅是激活不同的TAG，如用户选择了Input类别，则激活ATRACE_TAG_INPUT；选中Graphics则激活ATRACE_TAG_GRAPHICS，记录调用的流程都是一样的，最终都是记录到trace_marker。

内核态的事件信息，则不是统一的，需要激活各自对应的事件节点，让ftrace记录下不同事件的tracepoint。例如激活进程调度信息记录，需要激活如下相关节点：

events/sched/sched_switch/enable

events/sched/sched_wakeup/enable

内核在运行时，根据节点的使能状态，会往ftrace缓冲中打点记录事件。

最终，上述两类事件记录都汇集到同一缓冲中，然后atrace工具会回读抓取，保存下来就是原始的systrace信息。

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三、显示定制信息

Systrace的参数设置和使用方法，网络上内容已经不胜枚举，就不再累述。下面讲解一下较少阐述的显示定制信息功能。

一般情况下，默认的systrace各种trace类别已经涵盖了系统的各个方面，足够工程师分析调试了。但某些特定情况下，工程师需要增加自定义的trace类别，并同样集成到systrace中。比如工程师需要观察到内核各个run queue的队列深度，那么他应该怎么做呢？

1.新加定制的trace类别

既然原有的systrace trace不能满足，需要新增一项。可以去frameworks/native/cmds/atrace/atrace.cpp中增加一类category， 如

2.内核增加对应的tracepoint

Systrace是基于ftrace的，那么上面的类别需要在内核中增加对应节点。

在新建的sched_rq_running event中实现输出新增的trace类别的信息，通过上面的1、2两个步骤，在抓取systrace时选中新建类别kernel_runqueue, 则抓取的trace.html将包含sched_rq_running的信息。

假设新的信息如下：

3.显示出sched_rq_running的信息

如果sched_rq_running.html 在 chrome里面打开，我们并没能发现自定义的任何信息显示出来。这个是由于默认的chrome://tracing 解析器并不知道如何解析sched_rq_running的信息。

Systrace能够解析显示出进程调度的sched_wakeup、sched_switch等信息，那是因为chrome://tracing 解析器知道如何解析进程调度信息，如下面格式的内容。

但是并不知道如何解析自定义的sched_rq_running信息。

这时候，我们就需要寻根溯源了，我们先找到systrace的生母，谷歌开源项目https://chromium.googlesource.com/catapult。

正是catapult生成了systrace及其解析器的工具。在catapult中，谷歌采用javascript实现了一个跨平台的trace解析工具，我们可以参考tracing/tracing/extras/importer/linux_perf目录下的各种解析器，比如sched_parser.html是用于解析进程调度信息的，power_parser是用于解析cpu频率等信息的，学以致用生成自己定制的sched_rq_running_parser.html。

Catapult的各种解析器，可以理解为先按照trace的类型分类处理，然后加入各个时段的采样值。

如tracing/tracing/extras/importer/linux_perf/power_parser.html

实现了如何解析出cpu频率信息：

<idle>-0 (-----) [001] d.Hb 948.300084: cpu_frequency: state=1344000 cpu_id=2

1)power_parser.html注册了cpu_frequency信息由函数cpuFrequencyEvent处理

2) cpuFrequencyEvent分解cpu_frequency信息

3) 把cpu频率采样值加入Clock Frequency信息栏

在我们加入额外的sched_rq_running_parser.html解析器之后，需要使用tracing/tracing_build/generate_about_tracing_contents.py重新生成about_tracing.html和tracing.js（这里需要改名，使之和about_tracing.html中的script脚本名称相同）。

然后使用about_tracing.html作为新的systrace解析器，代替默认的chrome://tracing，这时再把sched_rq_running.html放进来解析，我们就终于可以看到自定义的systrace信息了。