【AOSP】Android Dump 開發與調試指南

在 Android 系統開發與調試中，dump 是一個不可或缺的強大工具。它能夠提供關于系統服務、應用程序狀態以及底層硬件信息的詳細快照。對于希望深入了解 Android 系統內部工作原理、排查復雜問題或進行性能優化的開發者來說，掌握 dump 的使用至關重要。

在這里插入圖片描述

一、什么是 Android Dump？

Android Dump 是一種通過 dumpsys 工具獲取系統服務和應用程序狀態信息的調試技術。這些信息涵蓋了廣泛的領域，從電池狀態、內存使用、網絡連接，到窗口管理、活動堆棧等等。開發者可以通過 Android 調試橋 (adb) 從命令行調用 dumpsys，從而獲取到連接設備上運行的各種系統服務的診斷輸出。

例如，當你遇到應用無響應 (ANR) 問題時，系統會自動進行 dump 操作，生成包含當前所有線程堆棧信息的 traces.txt 文件，這對于分析卡死原因至關重要。

二、Android Dump 的工作原理

Android 的 dump 機制核心依賴于 Binder IPC (跨進程通信) 框架。Android 的系統服務各自運行在獨立的進程中，并通過 ServiceManager 進行注冊和管理。dumpsys 工具本身是一個運行在設備上的可執行文件，它并不直接了解各個服務的內部狀態。當用戶執行 adb shell dumpsys <service_name> 命令時，其實質上是啟動了 dumpsys 這個客戶端程序，其工作流程如下：

  1. 獲取 ServiceManager 代理：dumpsys 進程首先會獲取到 ServiceManager 的一個代理對象。
  2. 查詢服務：通過這個代理對象，dumpsys 向 ServiceManager 查詢指定服務（例如 activity、window 等）的 Binder 代理對象。
  3. 發起 Binder 調用：dumpsys 通過獲取到的服務代理對象，調用一個名為 dump 的方法，并將需要傳遞的參數（如果有的話）一并發送。
  4. 服務端執行 dump：服務進程接收到這個 Binder 調用后，會在其自身的 dump 方法中實現具體的邏輯，將當前服務的內部狀態信息輸出到一個文件描述符（FileDescriptor）中。
  5. 數據回傳與顯示：輸出的數據通過 Binder 機制回傳給 dumpsys 進程，并最終顯示在你的命令行終端上。

簡而言之，dumpsys 充當了一個“信使”的角色，它通過 Binder 這座橋梁，請求并獲取了遠端系統服務的內部狀態信息。

為了更深入地理解 dump 的工作原理，我們來探究一下相關的源代碼。

2.1 dumpsys 命令的源碼實現

dumpsys 命令的源碼位于 AOSP (Android Open Source Project) 的 frameworks/native/cmds/dumpsys/ 目錄下。核心邏輯在 dumpsys.cpp 和 main.cpp 文件中。

  • main.cpp: 這是 dumpsys 可執行文件的入口。它的主要作用是解析命令行參數，并調用 Dumpsys 類的 main 方法。

  • dumpsys.cpp: 這個文件包含了 dumpsys 的核心實現。在 Dumpsys::main 方法中，它會連接到 ServiceManager，并根據用戶傳入的服務名稱，獲取到對應服務的 IBinder 接口。

    // frameworks/native/cmds/dumpsys/dumpsys.cppsp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
...
if (sm != nullptr) {Vector<String16> services = sm->listServices();...sp<IBinder> service = sm->checkService(String16(serviceName));if (service != nullptr) {int err = service->dump(STDOUT_FILENO, args);...}
}

    上述代碼片段展示了 dumpsys 如何通過 defaultServiceManager() 獲取 ServiceManager 的實例，然后通過 checkService 獲取到目標服務的 IBinder 代理對象。最后，調用該對象的 dump 方法，并將標準輸出的文件描述符 STDOUT_FILENO 和其他參數 args 傳遞過去。

2.2 系統服務的 dump 方法實現

每個提供 dump 功能的系統服務，都會在其代碼中實現 IBinder 接口的 dump 方法。我們以 ActivityManagerService (AMS) 為例，它的服務名稱是 activity。其源碼位于 frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java。

// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.javapublic final class ActivityManagerService extends IActivityManager.Stubimplements Watchdog.Monitor, BatteryStatsImpl.BatteryCallback {// ...@Overrideprotected void dump(FileDescriptor fd, PrintWriter pw, String[] args) {if (mContext.checkCallingOrSelfPermission(android.Manifest.permission.DUMP)!= PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {pw.println("Permission Denial: can't dump ActivityManager from from pid="+ Binder.getCallingPid()+ ", uid=" + Binder.getCallingUid());return;}// ... a lot of logic to handle different arguments in 'args' ...if (args.length > 0) {String cmd = args[0];if ("activities".equals(cmd) || "a".equals(cmd)) {// dump activities stack} else if ("broadcasts".equals(cmd) || "b".equals(cmd)) {// dump broadcast state} else if ("services".equals(cmd) || "s".equals(cmd)) {// dump service state}// ... and so on for many other arguments} else {// default dump logic if no arguments are provided}}
}

從 ActivityManagerService 的 dump 方法中，我們可以看到：

  • 權限檢查：首先會檢查調用者是否擁有 android.Manifest.permission.DUMP 權限。這解釋了為什么我們通常需要通過 adb shell 來執行 dumpsys，因為 shell 用戶默認擁有這個權限。
  • 參數解析：dump 方法會解析 args 字符串數組，根據不同的參數執行不同的 dump 邏輯。例如，如果第一個參數是 activities 或 a，它就會輸出 Activity 的堆棧信息。
  • 信息輸出：通過傳入的 PrintWriter pw 對象，將服務的狀態信息格式化為字符串并輸出。

三、adb dump 的使用

3.1 adb dumpsys 的基本語法

adb shell dumpsys [service_name] [arguments]

常用命令示例：

  • 列出所有可 dump 的服務：

    adb shell dumpsys -l

  • 查看 Activity 管理器信息：

    adb shell dumpsys activity

    這個命令會輸出非常多的信息，包括 Activity 堆棧、正在運行的服務、廣播隊列等。

  • 查看窗口管理器信息：

    adb shell dumpsys window

    可以用來查看當前窗口的層級、焦點窗口、Surface 信息等，對于分析 UI 問題非常有幫助。

  • 查看內存使用情況：

    adb shell dumpsys meminfo <package_name>

    可以獲取指定應用的詳細內存使用情況，是排查內存泄漏的重要工具。

  • 查看電池狀態：

    adb shell dumpsys batterystats

    提供詳細的電池使用統計信息，幫助分析應用的耗電情況。

3.2 如何根據源碼使用 adb 查看對應信息

掌握 dumpsys 的精髓在于學會如何通過閱讀源碼來發現其強大的功能。下面我們通過一個實例來演示這個過程。

目標：我們想知道 ActivityManagerService 中最近的任務（Recent Tasks）列表。

步驟：

  1. 定位到 ActivityManagerService 的 dump 方法：
    我們已經知道其路徑在 frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java。

  2. 在 dump 方法中尋找與“最近任務”相關的代碼：
    通過在 dump 方法中搜索關鍵詞 “recent”，我們可以找到類似如下的代碼：

    // In ActivityManagerService.java's dump method} else if ("recents".equals(cmd) || "r".equals(cmd)) {// dump recent activities
}

    從這段代碼我們可以推斷出，要 dump 最近的任務列表，我們可以使用 recents 或者其縮寫 r 作為 dumpsys activity 的參數。

  3. 構造并執行 adb 命令：
    根據上面的發現，我們可以在命令行中執行：

    adb shell dumpsys activity recents

    或者使用縮寫：

    adb shell dumpsys activity r

  4. 分析輸出結果：
    執行上述命令后，你將會看到一個包含了最近任務信息的列表，其中有每個任務的 ID、關聯的 Activity、Intent 等詳細信息。

通過這個簡單的例子，你可以舉一反三，探索其他系統服務的 dump 方法，發現更多有用的調試選項。例如，你可以在 WindowManagerService 的 dump 方法中尋找與特定窗口或 Display 相關的 dump 選項，從而實現更精細化的 UI 調試。

四、總結

Android 的 dump 機制是一個功能強大且設計精巧的系統診斷工具。通過 adb dumpsys，開發者可以深入到系統的每一個角落，獲取到寶貴的狀態信息。理解其基于 Binder 的工作原理和核心代碼實現，不僅能夠幫助我們更有效地使用這個工具，更能加深我們對 Android 系統架構的理解。

更重要的是，通過將源碼閱讀與 adb 命令實踐相結合，你將能夠解鎖 dumpsys 的全部潛力，成為一名更出色的 Android 系統開發者和調試專家。希望這篇博客能夠為你打開一扇通往 Android 系統底層世界的大門。

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