แก้ไขข้อบกพร่องของการเก็บขยะ ART

หน้านี้อธิบายวิธีแก้ไขข้อบกพร่องด้านความถูกต้องและประสิทธิภาพของการเก็บขยะ (GC) ของรันไทม์ Android (ART) บทความนี้จะอธิบายวิธีใช้ตัวเลือกการยืนยัน GC, ระบุวิธีแก้ปัญหาสำหรับการยืนยัน GC ไม่สําเร็จ ตลอดจนวัดและแก้ไขปัญหาด้านประสิทธิภาพ GC

หากต้องการทำงานกับ ART โปรดดูหน้าต่างๆ ในส่วนART และ Dalvik นี้ และรูปแบบ Dalvik Executable หากต้องการความช่วยเหลือเพิ่มเติมเกี่ยวกับการยืนยันลักษณะการทํางานของแอป โปรดดูหัวข้อการยืนยันลักษณะการทํางานของแอปในรันไทม์ Android (ART)

ภาพรวม GC ของ ART

ART มีแผน GC ที่แตกต่างกัน 2-3 แผน ซึ่งประกอบด้วยตัวเก็บขยะที่แตกต่างกัน ตั้งแต่ Android 8 (Oreo) เป็นต้นไป แผนเริ่มต้นจะเป็น "การคัดลอกพร้อมกัน" (CC) แผน GC อีกแผนหนึ่งคือ Concurrent Mark Sweep (CMS)

ลักษณะหลักๆ ของ GC การคัดลอกพร้อมกันมีดังนี้

  • CC เปิดใช้ตัวจัดสรรที่ใช้ตัวชี้การเลื่อนที่เรียกว่า RegionTLAB ซึ่งจะจัดสรรบัฟเฟอร์การจัดสรร (TLAB) ระดับเธรดให้กับเธรดแอปแต่ละเธรด จากนั้นเธรดจะจัดสรรออบเจ็กต์จาก TLAB ได้โดยการเพิ่มพอยน์เตอร์ "ด้านบน" โดยไม่ต้องซิงค์
  • CC จะทำการแยกชิ้นส่วนฮีปโดยการคัดลอกออบเจ็กต์พร้อมกันโดยไม่หยุดเธรดแอปชั่วคราว ซึ่งทำได้ด้วยความช่วยเหลือของ read-barrier ที่ขัดจังหวะการอ่านข้อมูลอ้างอิงจากกอง โดยนักพัฒนาแอปไม่จําเป็นต้องดำเนินการใดๆ
  • GC จะหยุดชั่วคราวเพียงครั้งเดียว ซึ่งจะคงที่ตามเวลาที่เกี่ยวข้องกับขนาดฮีป
  • CC ขยายการให้บริการเป็น GC แบบรุ่นใน Android 10 ขึ้นไป ซึ่งช่วยให้รวบรวมวัตถุอายุน้อยซึ่งมักจะเข้าถึงไม่ได้อย่างรวดเร็วได้โดยไม่ต้องออกแรงมาก ซึ่งจะช่วยเพิ่มปริมาณงานของ GC และชะลอความจำเป็นในการใช้ GC แบบเต็มเฮพได้อย่างมาก

GC อื่นๆ ที่ ART ยังรองรับคือ CMS GC นี้ยังรองรับการบีบอัดด้วย แต่ไม่รองรับการบีบอัดพร้อมกัน ระบบจะไม่ทำการบีบอัดจนกว่าแอปจะทำงานอยู่เบื้องหลัง ซึ่งระบบจะหยุดเธรดแอปชั่วคราวเพื่อทำการบีบอัด นอกจากนี้ การบีบอัดยังจำเป็นเมื่อการจัดสรรออบเจ็กต์ไม่สำเร็จเนื่องจากการกระจัดกระจาย ในกรณีนี้ แอปอาจไม่ตอบสนองเป็นระยะเวลาหนึ่ง

เนื่องจาก CMS ไม่ค่อยมีการบีบอัด และวัตถุว่างจึงอาจไม่ต่อเนื่องกัน ระบบจึงใช้ตัวจัดสรรที่อิงตามรายการว่างที่เรียกว่า RosAlloc เนื่องจากมีต้นทุนการจัดสรรสูงกว่าเมื่อเทียบกับ RegionTLAB สุดท้ายนี้ เนื่องจากการกระจัดกระจายภายใน การใช้หน่วยความจําสําหรับกอง Java ของ CMS อาจสูงกว่า CC

ตัวเลือกการยืนยันและประสิทธิภาพของ GC

เปลี่ยนประเภท GC

OEM จะเปลี่ยนประเภท GC ได้ กระบวนการเปลี่ยนแปลงจะเกี่ยวข้องกับการตั้งค่าตัวแปรสภาพแวดล้อม ART_USE_READ_BARRIER ในเวลาที่สร้าง ค่าเริ่มต้นคือ "จริง" ซึ่งจะเปิดใช้เครื่องมือรวบรวม CC เนื่องจากใช้ read-barrier สําหรับ CMS ควรตั้งค่าตัวแปรนี้เป็นเท็จอย่างชัดเจน

โดยค่าเริ่มต้น เครื่องมือรวบรวม CC จะทํางานในโหมดรุ่นใน Android 10 ขึ้นไป หากต้องการปิดใช้โหมดรุ่น ให้ใช้อาร์กิวเมนต์บรรทัดคำสั่ง -Xgc:nogenerational_cc หรือจะตั้งค่าพร็อพเพอร์ตี้ระบบดังนี้ก็ได้ 

adb shell setprop dalvik.vm.gctype nogenerational_cc
 ตัวรวบรวม CMS จะทํางานในโหมดรุ่นเสมอ

ยืนยันกอง

การยืนยันกองอาจเป็นตัวเลือก GC ที่มีประโยชน์ที่สุดสำหรับการแก้ไขข้อบกพร่องข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับ GC หรือความเสียหายของกอง การเปิดใช้การยืนยันกองทำให้ GC ตรวจสอบความถูกต้องของกองในบางจุดระหว่างกระบวนการรวบรวมขยะ การยืนยันกองข้อมูลใช้ตัวเลือกเดียวกับตัวเลือกที่ใช้เปลี่ยนประเภท GC หากเปิดใช้ การยืนยันกองจะยืนยันรูทและตรวจสอบว่าออบเจ็กต์ที่เข้าถึงได้อ้างอิงเฉพาะออบเจ็กต์ที่เข้าถึงได้อื่นๆ เท่านั้น คุณสามารถเปิดใช้การตรวจสอบ GC โดยส่งค่า -Xgc ต่อไปนี้

  • หากเปิดใช้ [no]preverify จะทำการยืนยันกองก่อนเริ่ม GC
  • หากเปิดใช้ [no]presweepingverify จะทำการยืนยันกองก่อนเริ่มกระบวนการกวาดเก็บขยะ
  • หากเปิดใช้ [no]postverify จะทำการยืนยันกองหลังจาก GC ทำการกวาดข้อมูลเสร็จแล้ว
  • [no]preverify_rosalloc, [no]postsweepingverify_rosalloc และ [no]postverify_rosalloc เป็นตัวเลือก GC เพิ่มเติมที่ยืนยันเฉพาะสถานะการบัญชีภายในของ RosAlloc ดังนั้นจึงใช้ได้กับเครื่องมือรวบรวม CMS ที่ใช้ตัวจัดสรร RosAlloc เท่านั้น สิ่งที่ยืนยันหลักๆ คือค่ามายากลตรงกับค่าคงที่ที่คาดไว้ และบล็อกหน่วยความจำว่างทั้งหมดได้รับการลงทะเบียนไว้ในแผนที่ free_page_runs_

ประสิทธิภาพ

เครื่องมือหลัก 2 อย่างในการวัดประสิทธิภาพ GC คือไฟล์ Dump ของเวลา GC และ Systrace นอกจากนี้ยังมี Systrace เวอร์ชันขั้นสูงที่เรียกว่า Perfetto ด้วย วิธีวัดปัญหาด้านประสิทธิภาพของ GC ที่มองเห็นได้คือการใช้ Systrace และ Perfetto เพื่อระบุว่า GC ใดทําให้หยุดชั่วคราวเป็นเวลานานหรือแย่งใช้เธรดแอป แม้ว่า ART GC จะได้รับการปรับปรุงอย่างมากเมื่อเวลาผ่านไป แต่ลักษณะการทำงานที่ไม่ถูกต้องของตัวแปร เช่น การจัดสรรมากเกินไป อาจยังทำให้เกิดปัญหาด้านประสิทธิภาพได้

กลยุทธ์การรวบรวม

GC ของ CC จะรวบรวมโดยการเรียกใช้ GC รุ่นใหม่หรือ GC ของกองเต็ม โดยหลักการแล้ว GC ใหม่ควรทำงานบ่อยกว่า GC จะรวบรวม CC ขนาดเล็กจนกว่าปริมาณงาน (คํานวณจากไบต์ที่ freed/วินาทีของระยะเวลา GC) ของรอบการรวบรวมที่เพิ่งเสร็จสิ้นจะน้อยกว่าปริมาณงานเฉลี่ยของการเก็บรวบรวม CC เต็มเฮพ เมื่อเกิดกรณีนี้ ระบบจะเลือก CC ที่เก็บข้อมูลเต็มสำหรับ GC พร้อมกันครั้งถัดไปแทน CC ใหม่ หลังจากการเก็บรวบรวมข้อมูลในฮีปทั้งหมดเสร็จสมบูรณ์แล้ว GC ครั้งถัดไปจะเปลี่ยนกลับไปเป็น CC ขนาดเล็ก ปัจจัยสําคัญอย่างหนึ่งที่ทำให้กลยุทธ์นี้ได้ผลคือ CC เวอร์ชันใหม่จะไม่ปรับขีดจํากัดของร่องรอยกองหลังจากดำเนินการเสร็จสิ้น ด้วยเหตุนี้ CC ใหม่จึงเกิดขึ้นบ่อยขึ้นเรื่อยๆ จนกว่าปริมาณงานจะต่ำกว่า CC ของกองเต็ม ซึ่งจะส่งผลให้มีการเพิ่มกอง

ใช้ SIGQUIT เพื่อรับข้อมูลประสิทธิภาพ GC

หากต้องการดูเวลาในการดำเนินการของ GC สำหรับแอป ให้ส่ง SIGQUIT ไปยังแอปที่ทำงานอยู่หรือส่ง -XX:DumpGCPerformanceOnShutdown ไปยัง dalvikvm เมื่อเริ่มโปรแกรมบรรทัดคำสั่ง เมื่อแอปได้รับสัญญาณคำขอ ANR (SIGQUIT) ระบบจะแสดงข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับล็อก สแต็กเธรด และประสิทธิภาพ GC

หากต้องการดูการถ่ายโอนข้อมูลเวลาของ GC ให้ใช้คำสั่งต่อไปนี้

adb shell kill -s QUIT PID

ซึ่งจะสร้างไฟล์ (ที่มีวันที่และเวลาในชื่อ เช่น anr_2020-07-13-19-23-39-817) ใน /data/anr/ ไฟล์นี้มีข้อมูลการบันทึก ANR บางรายการและเวลา GC คุณสามารถค้นหาเวลา GC ได้โดยค้นหาการถ่ายโอนข้อมูลเวลา GC สะสม ช่วงเวลาเหล่านี้จะแสดงข้อมูลบางอย่างที่อาจน่าสนใจ รวมถึงข้อมูลฮิสโตแกรมสำหรับระยะพักและระยะต่างๆ ของ GC แต่ละประเภท โดยปกติแล้วการหยุดพักจะมีความสำคัญมากกว่า เช่น

young concurrent copying paused:	Sum: 5.491ms 99% C.I. 1.464ms-2.133ms Avg: 1.830ms Max: 2.133ms

ข้อมูลนี้แสดงให้เห็นว่าการหยุดชั่วคราวโดยเฉลี่ยคือ 1.83 ms ซึ่งควรต่ำพอที่จะไม่ทําให้พลาดเฟรมในแอปส่วนใหญ่และไม่ควรเป็นข้อกังวล

อีกด้านหนึ่งที่น่าสนใจคือเวลาในการระงับ ซึ่งจะวัดเวลาที่ใช้ในการระงับเธรดหลังจากที่ GC ขอให้ระงับ เวลานี้รวมอยู่ในช่วงหยุดชั่วคราวของ GC ดังนั้นจึงมีประโยชน์ในการระบุว่าช่วงหยุดชั่วคราวนานเกิดจาก GC ทำงานช้าหรือมีเธรดหยุดชั่วคราวช้า ต่อไปนี้คือตัวอย่างเวลาปกติในการระงับใน Nexus 5

suspend all histogram:	Sum: 1.513ms 99% C.I. 3us-546.560us Avg: 47.281us Max: 601us

นอกจากนี้ยังมีข้อมูลอื่นๆ ที่น่าสนใจ เช่น เวลาที่ใช้ทั้งหมดและปริมาณงาน GC ตัวอย่าง

Total time spent in GC: 502.251ms
Mean GC size throughput: 92MB/s
Mean GC object throughput: 1.54702e+06 objects/s

ต่อไปนี้คือตัวอย่างวิธีถ่ายโอนข้อมูลเวลา GC ของแอปที่ทำงานอยู่ 

adb shell kill -s QUIT PID
adb pull /data/anr/anr_2020-07-13-19-23-39-817

ณ จุดนี้ ช่วงเวลา GC จะอยู่ใน anr_2020-07-13-19-23-39-817 ตัวอย่างเอาต์พุตจาก Google Maps มีดังนี้

Start Dumping histograms for 2195 iterations for concurrent copying
MarkingPhase:   Sum: 258.127s 99% C.I. 58.854ms-352.575ms Avg: 117.651ms Max: 641.940ms
ScanCardsForSpace:      Sum: 85.966s 99% C.I. 15.121ms-112.080ms Avg: 39.164ms Max: 662.555ms
ScanImmuneSpaces:       Sum: 79.066s 99% C.I. 7.614ms-57.658ms Avg: 18.014ms Max: 546.276ms
ProcessMarkStack:       Sum: 49.308s 99% C.I. 6.439ms-81.640ms Avg: 22.464ms Max: 638.448ms
ClearFromSpace: Sum: 35.068s 99% C.I. 6.522ms-40.040ms Avg: 15.976ms Max: 633.665ms
SweepSystemWeaks:       Sum: 14.209s 99% C.I. 3.224ms-15.210ms Avg: 6.473ms Max: 201.738ms
CaptureThreadRootsForMarking:   Sum: 11.067s 99% C.I. 0.835ms-13.902ms Avg: 5.044ms Max: 25.565ms
VisitConcurrentRoots:   Sum: 8.588s 99% C.I. 1.260ms-8.547ms Avg: 1.956ms Max: 231.593ms
ProcessReferences:      Sum: 7.868s 99% C.I. 0.002ms-8.336ms Avg: 1.792ms Max: 17.376ms
EnqueueFinalizerReferences:     Sum: 3.976s 99% C.I. 0.691ms-8.005ms Avg: 1.811ms Max: 16.540ms
GrayAllDirtyImmuneObjects:      Sum: 3.721s 99% C.I. 0.622ms-6.702ms Avg: 1.695ms Max: 14.893ms
SweepLargeObjects:      Sum: 3.202s 99% C.I. 0.032ms-6.388ms Avg: 1.458ms Max: 549.851ms
FlipOtherThreads:       Sum: 2.265s 99% C.I. 0.487ms-3.702ms Avg: 1.031ms Max: 6.327ms
VisitNonThreadRoots:    Sum: 1.883s 99% C.I. 45us-3207.333us Avg: 429.210us Max: 27524us
InitializePhase:        Sum: 1.624s 99% C.I. 231.171us-2751.250us Avg: 740.220us Max: 6961us
ForwardSoftReferences:  Sum: 1.071s 99% C.I. 215.113us-2175.625us Avg: 488.362us Max: 7441us
ReclaimPhase:   Sum: 490.854ms 99% C.I. 32.029us-6373.807us Avg: 223.623us Max: 362851us
EmptyRBMarkBitStack:    Sum: 479.736ms 99% C.I. 11us-3202.500us Avg: 218.558us Max: 13652us
CopyingPhase:   Sum: 399.163ms 99% C.I. 24us-4602.500us Avg: 181.851us Max: 22865us
ThreadListFlip: Sum: 295.609ms 99% C.I. 15us-2134.999us Avg: 134.673us Max: 13578us
ResumeRunnableThreads:  Sum: 238.329ms 99% C.I. 5us-2351.250us Avg: 108.578us Max: 10539us
ResumeOtherThreads:     Sum: 207.915ms 99% C.I. 1.072us-3602.499us Avg: 94.722us Max: 14179us
RecordFree:     Sum: 188.009ms 99% C.I. 64us-312.812us Avg: 85.653us Max: 2709us
MarkZygoteLargeObjects: Sum: 133.301ms 99% C.I. 12us-734.999us Avg: 60.729us Max: 10169us
MarkStackAsLive:        Sum: 127.554ms 99% C.I. 13us-417.083us Avg: 58.111us Max: 1728us
FlipThreadRoots:        Sum: 126.119ms 99% C.I. 1.028us-3202.499us Avg: 57.457us Max: 11412us
SweepAllocSpace:        Sum: 117.761ms 99% C.I. 24us-400.624us Avg: 53.649us Max: 1541us
SwapBitmaps:    Sum: 56.301ms 99% C.I. 10us-125.312us Avg: 25.649us Max: 1475us
(Paused)GrayAllNewlyDirtyImmuneObjects: Sum: 33.047ms 99% C.I. 9us-49.931us Avg: 15.055us Max: 72us
(Paused)SetFromSpace:   Sum: 11.651ms 99% C.I. 2us-49.772us Avg: 5.307us Max: 71us
(Paused)FlipCallback:   Sum: 7.693ms 99% C.I. 2us-32us Avg: 3.504us Max: 32us
(Paused)ClearCards:     Sum: 6.371ms 99% C.I. 250ns-49753ns Avg: 207ns Max: 188000ns
Sweep:  Sum: 5.793ms 99% C.I. 1us-49.818us Avg: 2.639us Max: 93us
UnBindBitmaps:  Sum: 5.255ms 99% C.I. 1us-31us Avg: 2.394us Max: 31us
Done Dumping histograms
concurrent copying paused:      Sum: 315.249ms 99% C.I. 49us-1378.125us Avg: 143.621us Max: 7722us
concurrent copying freed-bytes: Avg: 34MB Max: 54MB Min: 2062KB
Freed-bytes histogram: 0:4,5120:5,10240:19,15360:69,20480:167,25600:364,30720:529,35840:405,40960:284,46080:311,51200:38
concurrent copying total time: 569.947s mean time: 259.657ms
concurrent copying freed: 1453160493 objects with total size 74GB
concurrent copying throughput: 2.54964e+06/s / 134MB/s  per cpu-time: 157655668/s / 150MB/s
Average major GC reclaim bytes ratio 0.486928 over 2195 GC cycles
Average major GC copied live bytes ratio 0.0894662 over 2199 major GCs
Cumulative bytes moved 6586367960
Cumulative objects moved 127490240
Peak regions allocated 376 (94MB) / 2048 (512MB)
Start Dumping histograms for 685 iterations for young concurrent copying
ScanCardsForSpace:      Sum: 26.288s 99% C.I. 8.617ms-77.759ms Avg: 38.377ms Max: 432.991ms
ProcessMarkStack:       Sum: 21.829s 99% C.I. 2.116ms-71.119ms Avg: 31.868ms Max: 98.679ms
ClearFromSpace: Sum: 19.420s 99% C.I. 5.480ms-50.293ms Avg: 28.351ms Max: 507.330ms
ScanImmuneSpaces:       Sum: 9.968s 99% C.I. 8.155ms-30.639ms Avg: 14.552ms Max: 46.676ms
SweepSystemWeaks:       Sum: 6.741s 99% C.I. 3.655ms-14.715ms Avg: 9.841ms Max: 22.142ms
GrayAllDirtyImmuneObjects:      Sum: 4.466s 99% C.I. 0.584ms-14.315ms Avg: 6.519ms Max: 24.355ms
FlipOtherThreads:       Sum: 3.672s 99% C.I. 0.631ms-16.630ms Avg: 5.361ms Max: 18.513ms
ProcessReferences:      Sum: 2.806s 99% C.I. 0.001ms-9.459ms Avg: 2.048ms Max: 11.951ms
EnqueueFinalizerReferences:     Sum: 1.857s 99% C.I. 0.424ms-8.609ms Avg: 2.711ms Max: 24.063ms
VisitConcurrentRoots:   Sum: 1.094s 99% C.I. 1.306ms-5.357ms Avg: 1.598ms Max: 6.831ms
SweepArray:     Sum: 711.032ms 99% C.I. 0.022ms-3.502ms Avg: 1.038ms Max: 7.307ms
InitializePhase:        Sum: 667.346ms 99% C.I. 303us-2643.749us Avg: 974.227us Max: 3199us
VisitNonThreadRoots:    Sum: 388.145ms 99% C.I. 103.911us-1385.833us Avg: 566.635us Max: 5374us
ThreadListFlip: Sum: 202.730ms 99% C.I. 18us-2414.999us Avg: 295.956us Max: 6780us
EmptyRBMarkBitStack:    Sum: 132.934ms 99% C.I. 8us-1757.499us Avg: 194.064us Max: 8495us
ResumeRunnableThreads:  Sum: 109.593ms 99% C.I. 6us-4719.999us Avg: 159.989us Max: 11106us
ResumeOtherThreads:     Sum: 86.733ms 99% C.I. 3us-4114.999us Avg: 126.617us Max: 19332us
ForwardSoftReferences:  Sum: 69.686ms 99% C.I. 14us-2014.999us Avg: 101.731us Max: 4723us
RecordFree:     Sum: 58.889ms 99% C.I. 0.500us-185.833us Avg: 42.984us Max: 769us
FlipThreadRoots:        Sum: 58.540ms 99% C.I. 1.034us-4314.999us Avg: 85.459us Max: 10224us
CopyingPhase:   Sum: 52.227ms 99% C.I. 26us-728.749us Avg: 76.243us Max: 2060us
ReclaimPhase:   Sum: 37.207ms 99% C.I. 7us-2322.499us Avg: 54.316us Max: 3826us
(Paused)GrayAllNewlyDirtyImmuneObjects: Sum: 23.859ms 99% C.I. 11us-98.917us Avg: 34.830us Max: 128us
FreeList:       Sum: 20.376ms 99% C.I. 2us-188.875us Avg: 29.573us Max: 998us
MarkZygoteLargeObjects: Sum: 18.970ms 99% C.I. 4us-115.749us Avg: 27.693us Max: 122us
(Paused)SetFromSpace:   Sum: 12.331ms 99% C.I. 3us-94.226us Avg: 18.001us Max: 109us
SwapBitmaps:    Sum: 11.761ms 99% C.I. 5us-49.968us Avg: 17.169us Max: 67us
ResetStack:     Sum: 4.317ms 99% C.I. 1us-64.374us Avg: 6.302us Max: 190us
UnBindBitmaps:  Sum: 3.803ms 99% C.I. 4us-49.822us Avg: 5.551us Max: 70us
(Paused)ClearCards:     Sum: 3.336ms 99% C.I. 250ns-7000ns Avg: 347ns Max: 7000ns
(Paused)FlipCallback:   Sum: 3.082ms 99% C.I. 1us-30us Avg: 4.499us Max: 30us
Done Dumping histograms
young concurrent copying paused:        Sum: 229.314ms 99% C.I. 37us-2287.499us Avg: 334.764us Max: 6850us
young concurrent copying freed-bytes: Avg: 44MB Max: 50MB Min: 9132KB
Freed-bytes histogram: 5120:1,15360:1,20480:6,25600:1,30720:1,35840:9,40960:235,46080:427,51200:4
young concurrent copying total time: 100.823s mean time: 147.187ms
young concurrent copying freed: 519927309 objects with total size 30GB
young concurrent copying throughput: 5.15683e+06/s / 304MB/s  per cpu-time: 333152554/s / 317MB/s
Average minor GC reclaim bytes ratio 0.52381 over 685 GC cycles
Average minor GC copied live bytes ratio 0.0512109 over 685 minor GCs
Cumulative bytes moved 1542000944
Cumulative objects moved 28393168
Peak regions allocated 376 (94MB) / 2048 (512MB)
Total time spent in GC: 670.771s
Mean GC size throughput: 159MB/s per cpu-time: 177MB/s
Mean GC object throughput: 2.94152e+06 objects/s
Total number of allocations 1974199562
Total bytes allocated 104GB
Total bytes freed 104GB
Free memory 10MB
Free memory until GC 10MB
Free memory until OOME 442MB
Total memory 80MB
Max memory 512MB
Zygote space size 2780KB
Total mutator paused time: 544.563ms
Total time waiting for GC to complete: 117.494ms
Total GC count: 2880
Total GC time: 670.771s
Total blocking GC count: 1
Total blocking GC time: 86.373ms
Histogram of GC count per 10000 ms: 0:259879,1:2828,2:24,3:1
Histogram of blocking GC count per 10000 ms: 0:262731,1:1
Native bytes total: 30599192 registered: 8947416
Total native bytes at last GC: 30344912

เครื่องมือสําหรับวิเคราะห์ปัญหาความถูกต้องของ GC

มีหลายสิ่งที่อาจทําให้ ART ขัดข้อง ข้อขัดข้องที่เกิดจากการอ่านหรือเขียนลงในช่องออบเจ็กต์อาจบ่งบอกถึงการเสียหายของกอง หาก GC ขัดข้องขณะทำงาน ปัญหานี้อาจเกิดจากกองข้อมูลเสียหาย สาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของความเสียหายของกองคือโค้ดแอปที่ไม่ถูกต้อง แต่โชคดีที่เรามีเครื่องมือแก้ไขข้อบกพร่อง GC และการขัดข้องที่เกี่ยวข้องกับกอง ซึ่งรวมถึงตัวเลือกการยืนยันกองที่ระบุไว้ข้างต้นและ CheckJNI

CheckJNI

CheckJNI คือโหมดที่เพิ่มการตรวจสอบ JNI เพื่อยืนยันลักษณะการทํางานของแอป โดยระบบจะไม่เปิดใช้การตรวจสอบเหล่านี้โดยค่าเริ่มต้นเนื่องจากเหตุผลด้านประสิทธิภาพ การตรวจสอบจะจับข้อผิดพลาดบางอย่างที่อาจทําให้กองข้อมูลเสียหาย เช่น การใช้การอ้างอิงภายในและภายนอกที่ไม่ถูกต้อง/ล้าสมัย วิธีเปิดใช้ CheckJNI

adb shell setprop dalvik.vm.checkjni true

โหมดการบังคับคัดลอกของ CheckJNI มีประโยชน์ในการตรวจหาการเขียนที่เกินขอบเขตของภูมิภาคอาร์เรย์ เมื่อเปิดใช้ ตัวเลือกนี้จะทําให้ฟังก์ชัน JNI เข้าถึงอาร์เรย์แสดงผลสําเนาที่มีโซนสีแดง โซนสีแดงคือบริเวณที่ส่วนท้าย/ต้นของพอยน์เตอร์ที่แสดงผลซึ่งมีค่าพิเศษ ซึ่งจะได้รับการยืนยันเมื่อมีการปล่อยอาร์เรย์ หากค่าในโซนสีแดงไม่ตรงกับที่คาดไว้ แสดงว่าบัฟเฟอร์มีข้อมูลเกินหรือข้อมูลไม่เพียงพอ ซึ่งจะทำให้ CheckJNI หยุดทำงาน วิธีเปิดใช้โหมดforcecopy

adb shell setprop dalvik.vm.jniopts forcecopy

ตัวอย่างข้อผิดพลาดที่ CheckJNI ควรจับได้คือการเขียนที่เกินจากท้ายอาร์เรย์ที่ได้จาก GetPrimitiveArrayCritical การดำเนินการนี้อาจทำให้กองข้อมูล Java เสียหาย หากการเขียนอยู่ภายในพื้นที่โซนสีแดงของ CheckJNI แสดงว่า CheckJNI จะตรวจพบปัญหาเมื่อมีการเรียกใช้ ReleasePrimitiveArrayCritical ที่เกี่ยวข้อง มิฉะนั้น การเขียนจะทําให้ออบเจ็กต์แบบสุ่มบางรายการในกอง Java เสียหายและอาจทําให้ GC ขัดข้องในภายหลัง หากหน่วยความจำที่เสียหายเป็นช่องอ้างอิง GC อาจตรวจพบข้อผิดพลาดและพิมพ์ข้อผิดพลาด Tried to mark <ptr> not contained by any spaces

ข้อผิดพลาดนี้เกิดขึ้นเมื่อ GC พยายามทำเครื่องหมายวัตถุที่หาพื้นที่ไม่ได้ หลังจากการตรวจสอบนี้ไม่สำเร็จ GC จะไปยังรูทต่างๆ และพยายามดูว่าออบเจ็กต์ที่ไม่ถูกต้องนั้นเป็นรูทหรือไม่ จากตรงนี้จะมี 2 ตัวเลือกดังนี้ ออบเจ็กต์เป็นออบเจ็กต์รูทหรือไม่ใช่รูท

ตัวอย่างรูทที่ไม่ถูกต้อง

ในกรณีที่ออบเจ็กต์เป็นรูทที่ไม่ถูกต้อง ระบบจะพิมพ์ข้อมูลที่เป็นประโยชน์บางอย่าง ดังนี้ art E 5955 5955 art/runtime/gc/collector/mark_sweep.cc:383] Tried to mark 0x2 not contained by any spaces

art E  5955  5955 art/runtime/gc/collector/mark_sweep.cc:384] Attempting see if
it's a bad root
art E  5955  5955 art/runtime/gc/collector/mark_sweep.cc:485] Found invalid
root: 0x2
art E  5955  5955 art/runtime/gc/collector/mark_sweep.cc:486]
Type=RootJavaFrame thread_id=1 location=Visiting method 'java.lang.Object
com.google.gwt.collections.JavaReadableJsArray.get(int)' at dex PC 0x0002
(native PC 0xf19609d9) vreg=1

ในกรณีนี้ vreg=1 ภายใน com.google.gwt.collections.JavaReadableJsArray.get ควรมีข้อมูลอ้างอิงกอง แต่มีพอยน์เตอร์ที่อยู่ 0x2 ที่ไม่ถูกต้อง รูทนี้ไม่ถูกต้อง หากต้องการแก้ไขข้อบกพร่องนี้ ให้ใช้ oatdump ในไฟล์ oat และดูที่เมธอดที่มีรูทไม่ถูกต้อง ในกรณีนี้ ผลการตรวจสอบพบว่าข้อผิดพลาดเกิดจากข้อบกพร่องของคอมไพเลอร์ในแบ็กเอนด์ x86 รายการการเปลี่ยนแปลงที่แก้ไขแล้วมีดังนี้ https://android-review.googlesource.com/#/c/133932/

ตัวอย่างออบเจ็กต์ที่เสียหาย

หากออบเจ็กต์ไม่ใช่รูท ระบบจะแสดงผลลัพธ์ที่คล้ายกับตัวอย่างต่อไปนี้

01-15 12:38:00.196  1217  1238 E art     : Attempting see if it's a bad root
01-15 12:38:00.196  1217  1238 F art     :
art/runtime/gc/collector/mark_sweep.cc:381] Can't mark invalid object

เมื่อการทําลาย heap ไม่ใช่รูทที่ไม่ถูกต้อง การแก้ไขข้อบกพร่องจะทําได้ยาก ข้อความแสดงข้อผิดพลาดนี้บ่งชี้ว่าเฮพมีออบเจ็กต์อย่างน้อย 1 รายการที่ชี้ไปยังออบเจ็กต์ที่ไม่ถูกต้อง