ازمایش عملکرد

Android 8.0 شامل تست های عملکرد بایندر و hwbinder برای توان عملیاتی و تأخیر است. در حالی که سناریوهای زیادی برای تشخیص مشکلات عملکرد محسوس وجود دارد، اجرای چنین سناریوهایی می‌تواند زمان‌بر باشد و نتایج اغلب تا زمانی که یک سیستم یکپارچه نشود در دسترس نیست. استفاده از تست های عملکرد ارائه شده، آزمایش را در حین توسعه آسان تر می کند، مشکلات جدی را زودتر تشخیص می دهد و تجربه کاربر را بهبود می بخشد.

تست های عملکرد شامل چهار دسته زیر است:

• توان system/libhwbinder/vts/performance/Benchmark_binder.cpp )
• تأخیر بایندر (موجود در frameworks/native/libs/binder/tests/schd-dbg.cpp )
• توان عملیاتی hwbinder (موجود در system/libhwbinder/vts/performance/Benchmark.cpp )
• تأخیر hwbinder (موجود در system/libhwbinder/vts/performance/Latency.cpp )

درباره binder و hwbinder

Binder و hwbinder زیرساخت‌های ارتباط بین فرآیندی اندروید (IPC) هستند که درایور لینوکس یکسانی دارند اما تفاوت‌های کیفی زیر دارند:

فرآیندهای بایندر و hwbinder

یک systrace visualizer تراکنش ها را به صورت زیر نمایش می دهد:

در مثال بالا:

• چهار (4) فرآیند schd-dbg فرآیندهای مشتری هستند.
• چهار (4) فرآیند بایندر فرآیندهای سرور هستند (نام با Binder شروع می شود و با یک شماره دنباله به پایان می رسد).
• یک فرآیند مشتری همیشه با یک فرآیند سرور که به مشتری آن اختصاص داده شده است، جفت می شود.
• تمام جفت های فرآیند مشتری-سرور به طور مستقل توسط هسته به طور همزمان برنامه ریزی می شوند.

در CPU 1، هسته سیستم عامل کلاینت را برای صدور درخواست اجرا می کند. سپس هر زمان که ممکن است از همان CPU برای بیدار کردن یک فرآیند سرور، رسیدگی به درخواست و سوئیچ زمینه پس از تکمیل درخواست استفاده می کند.

توان عملیاتی در مقابل تأخیر

در یک تراکنش کامل، که در آن فرآیند مشتری و سرور به طور یکپارچه جابجا می‌شوند، آزمایش‌های توان عملیاتی و تأخیر پیام‌های اساسی متفاوتی تولید نمی‌کنند. با این حال، هنگامی که هسته سیستم عامل در حال رسیدگی به درخواست وقفه (IRQ) از سخت افزار است، منتظر قفل است، یا صرفاً تصمیم می گیرد که بلافاصله یک پیام را مدیریت نکند، یک حباب تاخیر ایجاد می شود.

تست توان عملیاتی، تعداد زیادی تراکنش با اندازه‌های بار مختلف تولید می‌کند که تخمین خوبی برای زمان تراکنش منظم (در بهترین حالت‌ها) و حداکثر توان عملیاتی که بایندر می‌تواند به دست آورد، ارائه می‌کند.

در مقابل، آزمون تأخیر هیچ عملی را روی بار انجام نمی دهد تا زمان تراکنش منظم را به حداقل برساند. ما می‌توانیم از زمان تراکنش برای تخمین سربار بایندر استفاده کنیم، آماری را برای بدترین حالت ایجاد کنیم و نسبت تراکنش‌هایی را که تأخیر آنها به یک مهلت مشخص رسیده است، محاسبه کنیم.

وارونگی اولویت را مدیریت کنید

وارونگی اولویت زمانی اتفاق می‌افتد که رشته‌ای با اولویت بالاتر منطقاً منتظر رشته‌ای با اولویت پایین‌تر باشد. برنامه های بلادرنگ (RT) یک مشکل وارونگی اولویت دارند:

هنگام استفاده از زمان‌بندی کاملاً منصفانه لینوکس (CFS)، یک رشته همیشه این شانس را دارد که حتی زمانی که رشته‌های دیگر اولویت بیشتری دارند اجرا شود. در نتیجه، برنامه‌های کاربردی با زمان‌بندی CFS، وارونگی اولویت را به‌عنوان رفتار مورد انتظار و نه به‌عنوان یک مشکل مدیریت می‌کنند. در مواردی که چارچوب اندروید به زمان‌بندی RT برای تضمین امتیاز رشته‌های با اولویت بالا نیاز دارد، وارونگی اولویت باید حل شود.

مثال وارونگی اولویت در طول یک تراکنش بایندر (رشته RT به طور منطقی توسط رشته‌های دیگر CFS مسدود می‌شود که در انتظار سرویس‌دهی رشته بایندر هستند):

برای جلوگیری از انسداد، می توانید از وراثت اولویت استفاده کنید تا به طور موقت رشته Binder را به یک رشته RT افزایش دهید، زمانی که درخواستی از مشتری RT ارائه می دهد. به خاطر داشته باشید که زمان‌بندی RT منابع محدودی دارد و باید با دقت مورد استفاده قرار گیرد. در سیستمی با n CPU، حداکثر تعداد رشته های RT فعلی نیز n است. اگر تمام CPU ها توسط رشته های RT دیگر گرفته شوند، ممکن است رشته های RT اضافی باید منتظر بمانند (و در نتیجه ضرب الاجل خود را از دست بدهند).

برای حل همه وارونگی های اولویت ممکن، می توانید از وراثت اولویت برای هر دو بایندر و hwbinder استفاده کنید. با این حال، از آنجایی که بایندر به طور گسترده در سراسر سیستم استفاده می‌شود، فعال کردن وراثت اولویت برای تراکنش‌های بایندر ممکن است سیستم را با رشته‌های RT بیشتر از آنچه که می‌تواند سرویس دهد، هرزنامه کند.

تست های توان عملیاتی را اجرا کنید

تست توان عملیاتی در برابر توان عملیاتی تراکنش بایندر/hwbinder اجرا می‌شود. در سیستمی که بیش از حد بارگذاری نمی شود، حباب های تاخیر نادر هستند و تا زمانی که تعداد تکرارها به اندازه کافی زیاد باشد، می توان تاثیر آنها را از بین برد.

• آزمایش توان بایندر در system/libhwbinder/vts/performance/Benchmark_binder.cpp است.
• آزمایش توان عملیاتی hwbinder در system/libhwbinder/vts/performance/Benchmark.cpp است.

نتایج آزمون

نمونه‌ای از نتایج آزمایش توان عملیاتی برای تراکنش‌هایی که از اندازه‌های بار مختلف استفاده می‌کنند:

Benchmark                      Time          CPU           Iterations
---------------------------------------------------------------------
BM_sendVec_binderize/4         70302 ns      32820 ns      21054
BM_sendVec_binderize/8         69974 ns      32700 ns      21296
BM_sendVec_binderize/16        70079 ns      32750 ns      21365
BM_sendVec_binderize/32        69907 ns      32686 ns      21310
BM_sendVec_binderize/64        70338 ns      32810 ns      21398
BM_sendVec_binderize/128       70012 ns      32768 ns      21377
BM_sendVec_binderize/256       69836 ns      32740 ns      21329
BM_sendVec_binderize/512       69986 ns      32830 ns      21296
BM_sendVec_binderize/1024      69714 ns      32757 ns      21319
BM_sendVec_binderize/2k        75002 ns      34520 ns      20305
BM_sendVec_binderize/4k        81955 ns      39116 ns      17895
BM_sendVec_binderize/8k        95316 ns      45710 ns      15350
BM_sendVec_binderize/16k      112751 ns      54417 ns      12679
BM_sendVec_binderize/32k      146642 ns      71339 ns       9901
BM_sendVec_binderize/64k      214796 ns     104665 ns       6495

• زمان نشان دهنده تاخیر رفت و برگشت است که در زمان واقعی اندازه گیری می شود.
• CPU نشان دهنده زمان انباشته زمانی است که CPU ها برای آزمایش برنامه ریزی شده اند.
• Iterations تعداد دفعات اجرای تابع تست را نشان می دهد.

به عنوان مثال، برای یک بار 8 بایتی:

BM_sendVec_binderize/8         69974 ns      32700 ns      21296

حداکثر توانی که بایندر می تواند به دست آورد به صورت زیر محاسبه می شود:

حداکثر توان عملیاتی با بار 8 بایت = (8 * 21296)/69974 ~= 2.423 b/ns ~ = 2.268 گیگابیت بر ثانیه

گزینه های تست

برای دریافت نتایج در json.، آزمون را با آرگومان --benchmark_format=json اجرا کنید:

libhwbinder_benchmark --benchmark_format=json
{
  "context": {
    "date": "2017-05-17 08:32:47",
    "num_cpus": 4,
    "mhz_per_cpu": 19,
    "cpu_scaling_enabled": true,
    "library_build_type": "release"
  },
  "benchmarks": [
    {
      "name": "BM_sendVec_binderize/4",
      "iterations": 32342,
      "real_time": 47809,
      "cpu_time": 21906,
      "time_unit": "ns"
    },
   ….
}

تست های تاخیر را اجرا کنید

تست تأخیر زمان لازم برای شروع اولیه تراکنش، تغییر به فرآیند سرور برای مدیریت و دریافت نتیجه را اندازه گیری می کند. این تست همچنین به دنبال رفتارهای بد زمان‌بندی شناخته شده است که می‌توانند بر تأخیر تراکنش تأثیر منفی بگذارند، مانند زمان‌بندی‌ای که از ارث بری اولویت پشتیبانی نمی‌کند یا پرچم همگام‌سازی را رعایت نمی‌کند.

• تست تأخیر بایندر در frameworks/native/libs/binder/tests/schd-dbg.cpp است.
• تست تأخیر hwbinder در system/libhwbinder/vts/performance/Latency.cpp است.

نتایج آزمون

نتایج (به .json) آمار متوسط/بهترین/بدترین تاخیر و تعداد مهلت‌های از دست رفته را نشان می‌دهد.

گزینه های تست

تست تاخیر گزینه های زیر را انجام می دهد:

بخش‌های زیر هر گزینه را به تفصیل شرح می‌دهند، استفاده را توضیح می‌دهند و نتایج نمونه را ارائه می‌دهند.

تکرارها را مشخص کنید

مثال با تعداد زیادی تکرار و خروجی پرمخاطب غیرفعال:

libhwbinder_latency -i 5000 -pair 3
{
"cfg":{"pair":3,"iterations":5000,"deadline_us":2500},
"P0":{"SYNC":"GOOD","S":9352,"I":10000,"R":0.9352,
  "other_ms":{ "avg":0.2 , "wst":2.8 , "bst":0.053, "miss":2, "meetR":0.9996},
  "fifo_ms": { "avg":0.16, "wst":1.5 , "bst":0.067, "miss":0, "meetR":1}
},
"P1":{"SYNC":"GOOD","S":9334,"I":10000,"R":0.9334,
  "other_ms":{ "avg":0.19, "wst":2.9 , "bst":0.055, "miss":2, "meetR":0.9996},
  "fifo_ms": { "avg":0.16, "wst":3.1 , "bst":0.066, "miss":1, "meetR":0.9998}
},
"P2":{"SYNC":"GOOD","S":9369,"I":10000,"R":0.9369,
  "other_ms":{ "avg":0.19, "wst":4.8 , "bst":0.055, "miss":6, "meetR":0.9988},
  "fifo_ms": { "avg":0.15, "wst":1.8 , "bst":0.067, "miss":0, "meetR":1}
},
"inheritance": "PASS"
}

این نتایج آزمایش موارد زیر را نشان می دهد:

"pair":3

یک جفت کلاینت و سرور ایجاد می کند.

"iterations": 5000

شامل 5000 تکرار

"deadline_us":2500

مهلت 2500 us (2.5ms) است. انتظار می رود اکثر معاملات این مقدار را برآورده کنند.

"I": 10000

یک تکرار آزمایشی شامل دو (2) تراکنش است:

• یک تراکنش با اولویت عادی ( CFS other )
• یک تراکنش بر اساس اولویت زمان واقعی ( RT-fifo )

5000 تکرار در مجموع برابر با 10000 تراکنش است.

"S": 9352

9352 تراکنش در همان CPU همگام سازی می شوند.

"R": 0.9352

نسبتی که کلاینت و سرور با هم در یک CPU همگام می شوند را نشان می دهد.

"other_ms":{ "avg":0.2 , "wst":2.8 , "bst":0.053, "miss":2, "meetR":0.9996}

میانگین ( avg )، بدترین ( wst ) و بهترین ( bst ) مورد برای همه تراکنش‌های صادر شده توسط تماس‌گیرنده با اولویت عادی. دو تراکنش ضرب الاجل miss ، و نسبت ملاقات ( meetR ) 0.9996 است.

"fifo_ms": { "avg":0.16, "wst":1.5 , "bst":0.067, "miss":0, "meetR":1}

مشابه other_ms ، اما برای تراکنش های صادر شده توسط مشتری با اولویت rt_fifo . به احتمال زیاد (اما الزامی نیست) که fifo_ms نتیجه بهتری نسبت به other_ms داشته باشد، با مقادیر avg و wst کمتر و meetR بالاتر (تفاوت می‌تواند حتی با بارگذاری در پس‌زمینه مهم‌تر باشد).

توجه: بار پس‌زمینه ممکن است بر نتیجه توان و تاپل other_ms در آزمون تأخیر تأثیر بگذارد. فقط fifo_ms ممکن است نتایج مشابهی را نشان دهد تا زمانی که بار پس‌زمینه اولویت کمتری نسبت به RT-fifo داشته باشد.

مقادیر جفت را مشخص کنید

هر فرآیند مشتری با یک فرآیند سرور اختصاص داده شده برای مشتری جفت می شود و هر جفت ممکن است به طور مستقل برای هر CPU برنامه ریزی شود. با این حال، تا زمانی که پرچم SYNC honor است، انتقال CPU نباید در طول تراکنش اتفاق بیفتد.

اطمینان حاصل کنید که سیستم بیش از حد بارگذاری نشده است! در حالی که تاخیر بالایی در یک سیستم بارگذاری شده انتظار می رود، نتایج آزمایش برای یک سیستم بارگذاری شده اطلاعات مفیدی را ارائه نمی دهد. برای آزمایش سیستمی با فشار بالاتر، از -pair #cpu-1 (یا -pair #cpu با احتیاط) استفاده کنید. آزمایش با استفاده از -pair n با n > #cpu سیستم را بارگذاری می کند و اطلاعات بی فایده تولید می کند.

مقادیر ضرب الاجل را مشخص کنید

پس از آزمایش گسترده سناریوی کاربر (اجرای آزمایش تأخیر روی یک محصول واجد شرایط)، تعیین کردیم که 2.5 میلی‌ثانیه آخرین مهلت رسیدن به آن است. برای برنامه های جدید با نیازهای بالاتر (مانند 1000 عکس در ثانیه)، این مقدار مهلت تغییر خواهد کرد.

خروجی مفصل را مشخص کنید

استفاده از گزینه -v خروجی پرمخاطب را نمایش می دهد. مثال:

libhwbinder_latency -i 1 -v

--------------------------------------------------
service      pid: 8674 tid: 8674 cpu: 1
SCHED_OTHER 0
--------------------------------------------------
main         pid: 8673 tid: 8673 cpu: 1

--------------------------------------------------
client       pid: 8677 tid: 8677 cpu: 0
SCHED_OTHER 0

--------------------------------------------------
fifo-caller  pid: 8677 tid: 8678 cpu: 0
SCHED_FIFO  99

--------------------------------------------------
hwbinder     pid: 8674 tid: 8676 cpu: 0
???         99
--------------------------------------------------
other-caller pid: 8677 tid: 8677 cpu: 0
SCHED_OTHER 0

--------------------------------------------------
hwbinder     pid: 8674 tid: 8676 cpu: 0
SCHED_OTHER 0

• رشته سرویس با اولویت SCHED_OTHER ایجاد شده و در CPU:1 با pid 8674 اجرا می‌شود.
• سپس اولین تراکنش توسط یک fifo-caller شروع می شود. برای انجام این تراکنش، hwbinder اولویت سرور ( pid: 8674 tid: 8676 ) را به 99 ارتقا می‌دهد و همچنین آن را با یک کلاس زمان‌بندی گذرا (چاپ شده به عنوان ??? ) علامت‌گذاری می‌کند. سپس زمان‌بند، فرآیند سرور را در CPU:0 قرار می‌دهد تا اجرا شود و آن را با همان CPU با مشتری خود همگام‌سازی می‌کند.
• تماس گیرنده تراکنش دوم دارای اولویت SCHED_OTHER است. سرور خود را تنزل می دهد و با اولویت SCHED_OTHER به تماس گیرنده سرویس می دهد.

از ردیابی برای اشکال زدایی استفاده کنید

می‌توانید گزینه -trace را برای رفع اشکال مشکلات تأخیر مشخص کنید. هنگام استفاده، تست تأخیر ضبط ردیابی را در لحظه ای که تأخیر بد شناسایی می شود متوقف می کند. مثال:

atrace --async_start -b 8000 -c sched idle workq binder_driver sync freq
libhwbinder_latency -deadline_us 50000 -trace -i 50000 -pair 3
deadline triggered: halt ∓ stop trace
log:/sys/kernel/debug/tracing/trace

مؤلفه های زیر می توانند بر تأخیر تأثیر بگذارند:

• حالت ساخت اندروید . حالت Eng معمولا کندتر از حالت userdebug است.
• چارچوب . چگونه سرویس فریمورک از ioctl برای پیکربندی بایندر استفاده می کند؟
• راننده کلاسور . آیا درایور از قفل ریزدانه پشتیبانی می کند؟ آیا شامل تمام وصله های چرخشی عملکردی است؟
• نسخه کرنل . هر چه هسته قابلیت زمان واقعی بهتری داشته باشد، نتایج بهتری خواهد داشت.
• پیکربندی هسته آیا پیکربندی هسته حاوی تنظیمات DEBUG مانند DEBUG_PREEMPT و DEBUG_SPIN_LOCK است؟
• زمانبندی کرنل آیا هسته دارای یک زمانبندی آگاه از انرژی (EAS) یا زمانبندی چند پردازشی ناهمگن (HMP) است؟ آیا درایورهای هسته (درایور cpu-freq ، درایور cpu-idle ، cpu-hotplug و غیره) بر زمانبندی تأثیر می گذارند؟