使用 ffx 分析器分析 CPU 使用情况

ffx profiler 是一种工具，可用于查找和直观呈现代码中的热点。CPU 性能分析器会定期对正在运行的线程进行抽样并记录回溯，您可以使用 pprof 工具查看这些回溯。

何时使用 ffx profiler

CPU 分析器最适合用于确定一段时间内 CPU 时间的分配情况。通过频繁采集堆栈样本，性能分析器可以构建执行情况的统计视图，帮助您找到性能瓶颈（“热点”），而无需修改或检测代码。

  • 如果您想了解系统或特定组件中哪些函数消耗的 CPU 时间最多，请使用 ffx profiler。
  • 当您需要了解事件的顺序流、特定操作之间的延迟时间或不同进程（例如 IPC）随时间推移的互动时，请使用 ffx trace。如需进行跟踪，开发者必须向源代码添加轨迹事件，才能使跟踪生效。
  • 当您需要检查确切的执行状态、逐步执行代码或分析特定时间点的内存以了解正确性问题时，请使用 zxdb（调试器）。

前提条件和设置

为了以最低的观察者开销获得最准确的配置文件，请始终使用启用了内核辅助线程采样器的正式版 build。

build 的重要性--release

始终针对 --release build 进行分析。调试 build 缺少内联和优化传递。对于 Rust 和 C++ 等语言，除非应用了优化，否则其标准库中的“零成本抽象”并非零成本。对调试 build 进行分析会生成一个以内部标准库调用（例如迭代器和 Option 处理）为主的配置文件，而不是实际的应用逻辑。

虽然由于内联，发布 build 可能会使堆栈难以跟踪，但它们可以准确反映实际性能。

启用内核辅助采样

内核辅助采样可显著减少获取堆栈样本的开销。向 fx set 命令添加以下实参：

fx set <PRODUCT>.<BOARD> \
    --release \
    --args='experimental_thread_sampler_enabled=true'

常见使用场景和示例

系统范围的性能分析

如需分析设备上运行的所有内容（包括根作业及其所有后代），请使用 --system-wide 标志：

ffx profiler attach --system-wide --duration 10

此命令将运行 10 秒，并生成一个 profile.pb 文件。

运行测试并进行分析

您可以指示分析器启动测试组件并分析其执行情况，直到完成为止。请注意，目标软件包必须在您的 build 图中可用（如果它是新的或可选的测试，您可能需要使用 fx with 或 fx add-test 显式添加它并重新构建）。使用 --test 标志：

ffx profiler launch \
    --url "fuchsia-pkg://fuchsia.com/gtest_target#meta/gtest_target.cm" \
    --test

如需分析相应软件包中的特定测试用例，请使用 --test-filters：

ffx profiler launch \
    --url "fuchsia-pkg://fuchsia.com/gtest_target#meta/gtest_target.cm" \
    --test \
    --test-filters "GtestTest.MakeWorkTest"

后台分析（断开与主机的连接）

有时，您需要分析与宿主机断开连接时发生的事件，例如在挂起/恢复周期内。为此，请在后台运行分析器会话。

  1. 在后台启动个人资料：

    ffx profiler attach --system-wide --background

    CLI 会输出确认信息，例如：

    Background session started. task_id: 1

    您的设备现在会在后台持续记录分析器样本。

  2. 断开主机连接、触发挂起或执行您希望测量的操作。等待设备唤醒并重新连接到主机。

  3. 停止会话并下载配置文件。此命令将查找正在运行的后台会话，停止该会话，并将数据下载到主机：

    ffx profiler stop
    Wrote profile to profile.pb

启动时进行性能分析

您可以配置分析器，使其在下次设备重启时，在进程启动后立即附加到进程。这有助于分析早期启动性能或启动序列。

  1. 启动以下次启动为目标的配置文件会话：

    ffx profiler attach --system-wide --on-boot

    CLI 将输出确认信息，例如：

    On-boot profiling session configured. Profiles will be collected when the
target component starts.

  2. 重新启动设备。

  3. 等待设备完成启动并启动目标进程。您可以使用 status 命令检查有效会话的状态。

  4. 停止会话以下载累积的配置文件：

    ffx profiler stop

检查分析器状态

如需查看当前在设备上运行的任何有效的后台或启动时分析会话，请使用 status 命令：

ffx profiler status
Active background sessions:
  - task_id: 1

附加到现有进程

您可以附加到特定组件或进程。

按组件网址或 Moniker：

首先，找到目标组件的 moniker。您可以使用 ffx component list 列出当前在系统上运行的所有组件：

ffx component list
.
bootstrap
bootstrap/archivist
bootstrap/archivist/archivist-pipelines
...
core/your_component

然后使用生成的 moniker 进行附加：

ffx profiler attach --moniker core/your_component

或者，您也可以使用组件的软件包网址进行附加：

ffx profiler attach --url 'fuchsia-pkg://fuchsia.com/your_component#meta/your_component.cm'

按 KOID（PID/TID/作业 ID）：首先，利用设备上的 ps 命令找到目标的进程 ID (PID)：

ffx target ssh ps
TASK                       PSS PRIVATE  SHARED   STATE NAME
j: 1045                 620.7M  464.7M                 root
  p: 1122                17.7M   17.7M   4944K         bin/component_manager
...
    j: 1944             126.0K     24K
      p: 1993           126.0K     24K   5076K         kernel-args-forwarder.cm

然后，附加到生成的 PID（在此示例中，kernel-args- forwarder.cm 的 PID 为 1993）：

ffx profiler attach --pids 1993 --duration 5

（指定 PID 会自动分析相应进程中的所有线程）。

命令行参数和最佳实践

以下选项适用于 ffx profiler attach、ffx profiler launch 和 ffx profiler stop：

  • --output：输出跟踪文件的名称或路径。默认设置为 profile.pb。
  • --print-stats：将有关剖析会话的统计信息打印到标准输出。
  • --color-output：如果为 true，则在输出中包含颜色代码。如果检测到终端输出，则默认为 true。

以下选项适用于 ffx profiler attach 和 ffx profiler launch：

  • 采样周期 (--sample-period-us)：默认采样周期为 10000 微秒（10 毫秒）。减小此值（例如，减小到 1 毫秒）可提供更高的分辨率，但会增加分析器本身的 CPU 开销，从而可能会改变您尝试测量的系统行为（“观察者效应”）。
  • 缓冲区空间 (--buffer-size-mb)：如果您要长时间分析高度活跃的系统，则可能会在性能分析器完成捕获之前耗尽默认缓冲区空间。如果您遇到缺少样本或警告的情况，请增加内存分配。
  • 时长 (--duration)：如果未指定 --duration，分析器将以交互方式运行，并等待您按 <ENTER> 停止捕获。
  • 后台 (--background)：在后台运行分析器会话。

以下选项仅适用于 ffx profiler attach：

  • 启动时 (--on-boot)：在设备下次启动时运行分析器会话。

还有其他选项可供选择。这些标志主要用于对分析器进行问题排查，并提供对分析器执行的精细控制。 如需了解详情，请参阅 ffx 分析器参考文档。

分析个人资料

分析器停止后，会在当前目录中生成一个 profile.pb 文件。您可以使用 Perfetto 界面或 Google 的 pprof 工具分析此文件。

您可以将 profile.pb 直接上传到 Perfetto 界面，以便在浏览器中直观呈现配置文件。这通常是探索个人资料最直观且功能最丰富的方式。

使用 pprof 的互动式网页界面

您还可以使用 pprof 的交互式网页界面，其中包含图形火焰图。

pprof -http=localhost:8080 profile.pb

浏览器将打开并显示 http://localhost:8080。在顶部菜单中，您可以选择以下视图：

  • Top：显示消耗最多扁平 CPU 时间的函数。
  • 火焰图：直观地表示调用堆栈层次结构。方框的宽度表示对相应函数或其子函数进行抽样所花费的总时间。

终端热门功能

如需将热门函数直接快速输出到终端，请执行以下操作：

pprof -top profile.pb

此命令会生成文本输出，其中显示了平百分比和累计百分比：

Showing nodes accounting for 272, 100% of 272 total
      flat  flat%   sum%        cum   cum%
       243 89.34% 89.34%        243 89.34%   count(int)
        17  6.25% 95.59%        157 57.72%   main()
         4  1.47% 97.06%          4  1.47%   collatz(uint64_t*)
         3  1.10% 98.16%          3  1.10%   add(uint64_t*)
         3  1.10% 99.26%          3  1.10%   sub(uint64_t*)
         1  0.37% 99.63%          1  0.37%   rand()
  • 扁平：此函数在堆栈顶部处于活跃执行状态的样本数量。
  • cum：此函数正在执行或其任何后代正在执行的样本数。