OpenHarmony子系統開發 - DFX（三）

OpenHarmony子系統開發 - DFX（三）

五、HiTraceMeter開發指導

HiTraceMeter概述

簡介

HiTraceMeter在OpenHarmony中，為開發者提供業務流程調用鏈跟蹤的維測接口。通過使用該接口所提供的功能，可以幫助開發者迅速獲取指定業務流程調用鏈的運行日志、定位跨設備/跨進程/跨線程的故障問題。HiTraceMeter用來支持用戶態的打點，采集用戶態和內核態的trace數據,從而進行性能跟蹤與分析的系統。

基本概念

HiTraceMeter系統主要分為三部分：

  • JS/C++應用打點API；
  • Trace數據采集命令行工具；
  • Trace數據圖形分析工具。

其中，前兩者運行在設備端側，圖形工具運行在PC主機側。打點API部分提供了C++和JS接口，供開發過程中打點使用，打點用于產生Trace數據流，是抓Trace數據的基礎條件。

命令行工具用于采集Trace數據，用來抓取Trace數據流并保存到文本文件。

Trace數據分析可以在圖形工具中人工分析，也可以使用分析腳本自動化分析，Trace分析工具以Trace命令行工具的采集結果數據文件為輸入。

HiTraceMeter跟蹤數據使用類別分類，類別分類稱作Trace Tag或Trace Category，一般一個端側軟件子系統對應一個Tag。該Tag在打點API中以類別Tag參數傳入。Trace命令行工具采集跟蹤數據時，只采集Tag類別選項指定的跟蹤數據。應用程序跟蹤數據標簽都是屬于APP Tag，從而JS接口不需要輸入tag參數。目前HiTraceMeter支持的Trace Tag表如下(可在hitrace_meter.h?hitrace_meter.h?中查看)：

constexpr uint64_t HITRACE_TAG_NEVER = 0; // This tag is never enabled.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_ALWAYS = (1ULL << 0); // This tag is always enabled.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_DLP_CREDENTIAL = (1ULL << 21); // This tag is dlp credential service.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_ACCESS_CONTROL = (1ULL << 22); // This tag is access control tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_NET = (1ULL << 23); // Net tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_NWEB = (1ULL << 24); // NWeb tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_HUKS = (1ULL << 25); // This tag is huks.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_USERIAM = (1ULL << 26); // This tag is useriam.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_DISTRIBUTED_AUDIO = (1ULL << 27); // Distributed audio tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_DLSM = (1ULL << 28); // device security level tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_FILEMANAGEMENT = (1ULL << 29); // filemanagement tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_OHOS = (1ULL << 30); // OHOS generic tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_ABILITY_MANAGER = (1ULL << 31); // Ability Manager tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_ZCAMERA = (1ULL << 32); // Camera module tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_ZMEDIA = (1ULL << 33); // Media module tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_ZIMAGE = (1ULL << 34); // Image module tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_ZAUDIO = (1ULL << 35); // Audio module tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_DISTRIBUTEDDATA = (1ULL << 36); // Distributeddata manager module tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_MDFS = (1ULL << 37); // Mobile distributed file system tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_GRAPHIC_AGP = (1ULL << 38); // Graphic module tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_ACE = (1ULL << 39); // ACE development framework tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_NOTIFICATION = (1ULL << 40); // Notification module tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_MISC = (1ULL << 41); // Notification module tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_MULTIMODALINPUT = (1ULL << 42); // Multi modal module tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_SENSORS = (1ULL << 43); // Sensors mudule tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_MSDP = (1ULL << 44); // Multimodal Sensor Data Platform module tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_DSOFTBUS = (1ULL << 45); // Distributed Softbus tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_RPC = (1ULL << 46); // RPC and IPC tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_ARK = (1ULL << 47); // ARK tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_WINDOW_MANAGER = (1ULL << 48); // window manager tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_ACCOUNT_MANAGER = (1ULL << 49); // account manager tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_DISTRIBUTED_SCREEN = (1ULL << 50); // Distributed screen tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_DISTRIBUTED_CAMERA = (1ULL << 51); // Distributed camera tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_DISTRIBUTED_HARDWARE_FWK = (1ULL << 52); // Distributed hardware fwk tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_GLOBAL_RESMGR = (1ULL << 53); // Global resource manager tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_DEVICE_MANAGER = (1ULL << 54); // Distributed hardware devicemanager tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_SAMGR = (1ULL << 55); // SA tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_POWER = (1ULL << 56); // power manager tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_DISTRIBUTED_SCHEDULE = (1ULL << 57); // Distributed schedule tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_DEVICE_PROFILE = (1ULL << 58); // device profile tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_DISTRIBUTED_INPUT = (1ULL << 59); // Distributed input tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_BLUETOOTH = (1ULL << 60); // bluetooth tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_ACCESSIBILITY_MANAGER = (1ULL << 61); // accessibility manager tag.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_APP = (1ULL << 62); // App tag.constexpr uint64_t HITRACE_TAG_LAST = HITRACE_TAG_APP;
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_NOT_READY = (1ULL << 63); // Reserved for initialization.
constexpr uint64_t HITRACE_TAG_VALID_MASK = ((HITRACE_TAG_LAST - 1) | HITRACE_TAG_LAST);

實現原理

HiTraceMeter主要提供抓取用戶態和內核態Trace數據的命令行工具，提供用戶態打點的innerkits接口（c++）和kits接口（js），HiTraceMeter基于內核ftrace提供的用戶態打點的擴展，利用ftrace的trace_marker節點，將用戶空間通過打點接口寫入的數據寫進內核循環buffer緩沖區。其基本架構圖如下：

輸入圖片說明

約束與限制

  • HiTraceMeter所有功能與接口的實現都依賴于內核提供的ftrace功能，ftrace 是內核提供的一個 framework，采用 plugin 的方式支持開發人員添加更多種類的 trace 功能，因此使用HiTraceMeter之前要使能 ftrace，否則HiTraceMeter的功能無法使用（目前大部分Linux內核默認使能了ftrace，關于ftrace的詳細介紹可查看內核ftrace相關資料?ftrace相關資料?）。
  • HiTraceMeter僅限小型系統、標準系統下使用。

HiTraceMeter開發指導

HiTraceMeter分為JS/C++應用打點API與數據采集命令行工具hitrace，下面分別介紹接口和命令行工具。

場景介紹

在實際開發過程中，開發者可能會遇到app卡頓或者在代碼調試過程中需要查看代碼調用流程，HiTraceMeter接口提供了相應的接口來跟蹤程序延時和代碼調用流程，分析性能問題。

接口說明

C++接口僅系統開發者使用，JS（目前暫未開放js接口）應用開發者可以略過本節。標準系統上接口描述如下（hitrace_meter.h?hitrace_meter.h?）：

表 1?同步接口

Sync trace功能描述參數說明
void StartTrace(uint64_t label, const std::string& value, float limit = -1);啟動同步tracelabel: Trace category。
value: Trace攜帶的信息，表明當前的某種狀態，例如內存大小，隊列長短等。
void FinishTrace(uint64_t label);關閉同步tracelabel: Trace category。

同步接口StartTrace和FinishTrace必須配對使用，FinishTrace和前面最近的StartTrace進行匹配。StartTrace和FinishTrace函數對可以嵌套模式使用，跟蹤數據解析時使用棧式數據結構進行匹配。接口中的limit參數用于限流，使用默認值即可。

表 2?異步接口

Async trace功能描述參數說明
void StartAsyncTrace(uint64_t label, const std::string& value, int32_t taskId, float limit = -1);開啟異步tracelabel: Trace category。
value: Trace攜帶的信息，表明當前的某種狀態，例如內存大小，隊列長短等。
taskId：異步Trace中用來表示關聯的ID。
void FinishAsyncTrace(uint64_t label, const std::string& value, int32_t taskId);關閉異步tracelabel: Trace category。
value: Trace攜帶的信息，表明當前的某種狀態，例如內存大小，隊列長短等。
taskId：異步Trace中用來表示關聯的ID。

異步接口StartAsyncTrace和FinishAsyncTrace的跟蹤數據匹配時，使用參數中的value和taskId配對匹配，可以不按順序使用，主要用于異步場景。在C++程序中，使用異步跟蹤的場景很少。

表 3?計數器接口

Counter Trace功能描述參數說明
void CountTrace(uint64_t label, const std::string& name, int64_t);計數tracelabel: Trace category。
name: Trace的名稱，IDE中會以此字段展示這段Trace。

開發步驟

  1. 編譯依賴添加，需要修改的編譯配置文件base\hiviewdfx\hitrace\cmd\BUILD.gn 。

    external_deps = [ "hitrace:hitrace_meter"]

  2. 頭文件依賴添加。

    #include "hitrace_meter.h"//接口函數定義頭文件

  3. 接口調用，將需要跟蹤的Trace value傳入參數，目前HiTraceMeter支持的Trace Tag在基本概念hitrace_meter.h中都已列出，我們以OHOS這個Tag為例，假設我們需要獲取func1，func2函數的Trace數據，參考下面實例，在shell中執行hitrace命令后會自動抓取Trace數據，抓到的Trace數據中包括了函數調用過程以及調用過程消耗的內存和時間，可用于分析代碼調用流程，代碼性能問題。

    #include "hitrace_meter.h" // 包含hitrace_meter.h
using namespace std;int main()
{uint64_t label = BYTRACE_TAG_OHOS;sleep(1);CountTrace(label, "count number", 2000);  // 整數跟蹤StartTrace(label, "func1Trace", -1); // func1Start的跟蹤起始點sleep(1);StartTrace(label, "func2Trace", -1);   // func2Start的跟蹤起始點sleep(2);FinishTrace(label);   // func2Trace的結束點sleep(1);FinishTrace(label);   // func1Trace的結束點StartAsyncTrace(label, "asyncTrace1", 1234); // 異步asyncTrace1的開始點   FinishAsyncTrace(label, "asyncTrace1", 1234); // 異步asyncTrace1的結束點return 0;
}

  4. 使用方法，打點編譯部署完成后，運行下面命令行來抓取Trace。然后在端側shell里運行應用，可以抓取到Trace數據。

    hdc_std shell hitrace -t 10 ohos > .\myapp_demo.ftrace

    抓取之后的數據可以在smartperf中"Open trace file"或者直接拖入圖形區打開，關于smartperf的詳細介紹可查看?smartperf?。

調測驗證

以下為一個demo調試過程，該demo使用了同步接口中的StartTrace和FinishTrace。

  1. 編寫測試代碼hitrace_example.cpp（?hitrace_example.cpp?），將使用到的接口加入代碼：

    int main()
{thread t1(ThreadFunc1);t1.join();StartTrace(LABEL, "testStart");sleep(SLEEP_ONE_SECOND);StartTrace(LABEL, "funcAStart", SLEEP_ONE_SECOND); // 打印起始點FuncA();FinishTrace(LABEL);sleep(SLEEP_TWO_SECOND);thread t2(ThreadFunc2);t2.join();StartTrace(LABEL, "funcBStart", SLEEP_TWO_SECOND);FuncB();FinishTrace(LABEL);// 打印結束點sleep(SLEEP_TWO_SECOND);sleep(SLEEP_ONE_SECOND);FinishTrace(LABEL);FuncC();return 0;
}

  2. 修改gn編譯文件并編譯，編譯配置文件路徑base\hiviewdfx\hitrace\cmd\BUILD.gn 。

    ohos_executable("hitrace_example") {sources = [ "example/hitrace_example.cpp" ]external_deps = [ "hitrace:hitrace_meter" ]subsystem_name = "hiviewdfx"part_name = "hitrace_native"
}group("hitrace_target") {deps = [":hitrace",":hitrace_example",]
}

  3. 將編譯出來的hitrace_example可執行文件放到設備中的/system/bin目錄下，在shell中執行依次執行如下命令：

    hitrace --trace_begin ohos
hitrace_exampe
hitrace --trace_dump

    當我們看到Trace數據中有我們需要的Trace value時，說明成功抓取Trace，成功的數據如下所示：

    <...>-1651    (-------) [002] ....   327.194136: tracing_mark_write: S|1650|H:testAsync 111
<...>-1650    (-------) [001] ....   332.197640: tracing_mark_write: B|1650|H:testStart
<...>-1650    (-------) [001] ....   333.198018: tracing_mark_write: B|1650|H:funcAStart
<...>-1650    (-------) [001] ....   334.198507: tracing_mark_write: E|1650|
<...>-1654    (-------) [003] ....   341.201673: tracing_mark_write: F|1650|H:testAsync 111
<...>-1650    (-------) [001] ....   341.202168: tracing_mark_write: B|1650|H:funcBStart
<...>-1650    (-------) [001] ....   343.202557: tracing_mark_write: E|1650|
<...>-1650    (-------) [001] ....   346.203178: tracing_mark_write: E|1650|
<...>-1650    (-------) [001] ....   346.203457: tracing_mark_write: C|1650|H:count number 1
<...>-1650    (-------) [001] ....   347.203818: tracing_mark_write: C|1650|H:count number 2
<...>-1650    (-------) [001] ....   348.204207: tracing_mark_write: C|1650|H:count number 3
<...>-1650    (-------) [001] ....   349.204473: tracing_mark_write: C|1650|H:count number 4
<...>-1650    (-------) [001] ....   350.204851: tracing_mark_write: C|1650|H:count number 5
<...>-1655    (-------) [001] ....   365.944658: tracing_mark_write: trace_event_clock_sync: realtime_ts=1502021460925
<...>-1655    (-------) [001] ....   365.944686: tracing_mark_write: trace_event_clock_sync: parent_ts=365.944641

HiTraceMeter命令行工具使用指導

HiTraceMeter提供了可執行的二進制程序hitrace，設備刷openharmony后直接在shell中運行以下命令，抓取內核運行的數據，當前支持的操作如下：

表 4?命令行列表

OptionDescription
-h，--help查看option幫助
-b n，--buffer_size n指定n(KB)內存大小用于存取trace日志，默認2048KB
-t n，--time n用來指定trace運行的時間（單位：s），取決于需要分析過程的時間
--trace_clock clocktrace輸出的時鐘類型，一般設備支持boot、global、mono、uptime、perf等，默認為boot
--trace_begin啟動抓trace
--trace_dump將數據輸出到指定位置（默認控制臺）
--trace_finish停止抓trace，并將數據輸出到指定位置（默認控制臺）
--trace_finish_nodump停止抓trace，不輸出trace信息
-l，--list_categories輸出手機能支持的trace模塊
--overwrite當緩沖區滿的時候，將丟棄最新的信息（默認丟棄最老的日志）
-o filename，--output filename指定輸出的目標文件名稱
-z抓取trace后進行壓縮

以下是常用hitrace命令示例，供開發者參考：

  • 查詢支持的label。

    
hitrace -l

    或者

    
hitrace --list_categories

  • 設置4M緩存，抓取10秒，抓取label為ability的trace信息。

    
hitrace -b 4096 -t 10 --overwrite ability > /data/log/mytrace.ftrace

  • 設置trace的輸出時鐘為mono。

    
hitrace --trace_clock mono  -b 4096 -t 10 --overwrite ability > /data/log/mytrace.ftrace

  • 抓取trace后進行壓縮。

    
hitrace -z  -b 4096 -t 10 --overwrite ability > /data/log/mytrace.ftrace

常見問題

hitrace抓數據不全或者沒抓到數據
現象描述

執行hitrace命令抓數據不全或者沒抓到數據。

根因分析

參數-t 時間設置過小或者-b緩沖區buffer設置過小導致數據丟失。

解決方法

可設置-t 60，-b 204800擴大抓trace時間和緩沖區buffer解決。

參考

更多關于HiTraceMeter的詳細內容請參考：輕量級的分布式調用鏈跟蹤?。

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