Questa pagina descrive come eseguire il debug dei problemi di correttezza e prestazioni della Garbage Collection (GC) di Android Runtime (ART). Spiega come utilizzare le opzioni di verifica GC, identificare soluzioni per errori di verifica GC e misurare e risolvere i problemi di prestazioni GC.
Per lavorare con ART, vedere le pagine in questa sezione ART e Dalvik e il formato eseguibile Dalvik . Per ulteriore assistenza sulla verifica del comportamento dell'app, consulta Verifica del comportamento dell'app sul runtime Android (ART) .
Panoramica dell'ART GC
ART ha alcuni piani GC diversi che consistono nell'esecuzione di diversi garbage collector. A partire da Android 8 (Oreo), il piano predefinito è Copia simultanea (CC). L'altro piano GC è Concurrent Mark Sweep (CMS).
Alcune delle caratteristiche principali di Concurrent Copy GC sono:
- CC consente l'uso di un allocatore di puntatori bump chiamato RegionTLAB. Ciò alloca un buffer di allocazione thread-local (TLAB) a ciascun thread dell'app, che può quindi allocare oggetti dal suo TLAB urtando il puntatore "superiore", senza alcuna sincronizzazione.
- CC esegue la deframmentazione dell'heap copiando contemporaneamente gli oggetti senza mettere in pausa i thread dell'app. Ciò si ottiene con l'aiuto di una barriera di lettura che intercetta le letture di riferimento dall'heap, senza la necessità di alcun intervento da parte dello sviluppatore dell'app.
- GC ha solo una piccola pausa, che è costante nel tempo per quanto riguarda la dimensione dell'heap.
- CC si estende fino a diventare un GC generazionale in Android 10 e versioni successive. Permette di raccogliere oggetti giovani, che spesso diventano irraggiungibili abbastanza rapidamente, con poco sforzo. Ciò aiuta ad aumentare la produttività del GC e a ritardare considerevolmente la necessità di eseguire un GC full-heap.
L'altro GC che ART supporta ancora è CMS. Questo GC supporta anche la compattazione, ma non contemporaneamente. La compattazione viene evitata finché l'app non passa in background, momento in cui i thread dell'app vengono messi in pausa per eseguire la compattazione. La compattazione diventa necessaria anche quando l'allocazione di un oggetto fallisce a causa della frammentazione. In questo caso l'app potrebbe non rispondere per un po' di tempo.
Poiché CMS raramente compatta e quindi gli oggetti liberi potrebbero non essere contigui, utilizza un allocatore basato su elenchi liberi chiamato RosAlloc. Ha un costo di allocazione più elevato rispetto a RegionTLAB. Infine, a causa della frammentazione interna, l'utilizzo della memoria per l'heap Java può essere maggiore per CMS rispetto a CC.
Verifica GC e opzioni prestazionali
Cambia il tipo di GC
Gli OEM possono modificare il tipo di GC. Il processo di modifica prevede l'impostazione della variabile di ambiente ART_USE_READ_BARRIER in fase di compilazione. Il valore predefinito è true, che abilita il raccoglitore CC poiché utilizza la barriera di lettura. Per CMS questa variabile deve essere impostata esplicitamente su false.
Per impostazione predefinita, il raccoglitore CC viene eseguito in modalità generazionale in Android 10 e versioni successive. Per disabilitare la modalità generazionale, è possibile utilizzare l'argomento della riga di comando -Xgc:nogenerational_cc . In alternativa, la proprietà di sistema può essere impostata come segue:
adb shell setprop dalvik.vm.gctype nogenerational_ccIl raccoglitore CMS viene sempre eseguito in modalità generazionale.
Verificare l'heap
La verifica dell'heap è probabilmente l'opzione GC più utile per il debug di errori relativi a GC o danneggiamento dell'heap. L'abilitazione della verifica dell'heap fa sì che il GC controlli la correttezza dell'heap in alcuni punti durante il processo di garbage collection. La verifica dell'heap condivide le stesse opzioni di quelle che modificano il tipo GC. Se abilitata, la verifica dell'heap verifica le radici e garantisce che gli oggetti raggiungibili facciano riferimento solo ad altri oggetti raggiungibili. La verifica GC viene abilitata passando i seguenti valori -Xgc :
- Se abilitato,
[no]preverifyesegue la verifica dell'heap prima di avviare il GC. - Se abilitato,
[no]presweepingverifyesegue la verifica dell'heap prima di avviare il processo di pulizia del Garbage Collector. - Se abilitato,
[no]postverifyesegue la verifica dell'heap al termine della scansione del GC. -
[no]preverify_rosalloc,[no]postsweepingverify_rosalloce[no]postverify_rosallocsono opzioni GC aggiuntive che verificano solo lo stato della contabilità interna di RosAlloc. Pertanto, sono applicabili solo con il raccoglitore CMS, che utilizza l'allocatore RosAlloc. Le cose principali verificate sono che i valori magici corrispondano alle costanti previste e che i blocchi di memoria liberi siano tutti registrati nella mappafree_page_runs_.
Prestazione
Esistono due strumenti principali per misurare le prestazioni del GC: i timing dump del GC e Systrace. Esiste anche una versione avanzata di Systrace, chiamata Perfetto. Il modo visivo per misurare i problemi di prestazioni del GC è utilizzare Systrace e Perfetto per determinare quali GC causano lunghe pause o anticipano i thread dell'app. Sebbene ART GC sia notevolmente migliorato nel tempo, un cattivo comportamento del mutatore, come un'allocazione eccessiva, può ancora causare problemi di prestazioni
Strategia di raccolta
Il CC GC effettua la raccolta eseguendo un giovane GC o un GC full-heap. Idealmente il giovane GC viene eseguito più spesso. Il GC esegue raccolte CC giovani fino a quando il throughput (calcolato in byte liberati/secondo di durata GC) del ciclo di raccolta appena terminato è inferiore al throughput medio delle raccolte CC dell'heap completo. Quando ciò si verifica, per il successivo GC simultaneo viene scelto il CC dell'heap completo anziché il CC giovane. Una volta completata la raccolta dell'heap completo, il GC successivo viene riportato al giovane CC. Un fattore chiave che fa funzionare questa strategia è che il CC giovane non modifica il limite dell'impronta dell'heap dopo il suo completamento. Ciò fa sì che il CC giovane si verifichi sempre più spesso finché il throughput non è inferiore al CC dell'heap completo, che finisce per far crescere l'heap.
Utilizza SIGQUIT per ottenere informazioni sulle prestazioni del GC
Per ottenere i tempi delle prestazioni GC per le app, invia SIGQUIT alle app già in esecuzione o passa -XX:DumpGCPerformanceOnShutdown a dalvikvm quando avvii un programma da riga di comando. Quando un'app riceve il segnale di richiesta ANR ( SIGQUIT ), scarica le informazioni relative ai blocchi, agli stack di thread e alle prestazioni GC.
Per ottenere i dump dei tempi GC, utilizzare:
adb shell kill -s QUIT PID
Questo crea un file (con la data e l'ora nel nome come anr_2020-07-13-19-23-39-817) in /data/anr/ . Questo file contiene alcuni dump ANR e tempi GC. È possibile individuare i tempi GC cercando Dumping cumulative Gc timings . Questi tempi mostrano alcune cose che potrebbero interessare, comprese le informazioni sull'istogramma per le fasi e le pause di ciascun tipo di GC. Le pause sono solitamente più importanti da guardare. Per esempio:
young concurrent copying paused: Sum: 5.491ms 99% C.I. 1.464ms-2.133ms Avg: 1.830ms Max: 2.133ms
Ciò dimostra che la pausa media è stata di 1,83 ms, che dovrebbe essere sufficientemente bassa da non causare fotogrammi mancati nella maggior parte delle app e non dovrebbe essere un problema.
Un'altra area di interesse è il tempo di sospensione, che misura quanto tempo impiega un thread per raggiungere un punto di sospensione dopo che il GC ne richiede la sospensione. Questo tempo è incluso nelle pause del GC, quindi è utile determinare se le pause lunghe sono causate dalla lentezza del GC o dalla sospensione lenta del thread. Ecco un esempio di un tempo normale di sospensione su un Nexus 5:
suspend all histogram: Sum: 1.513ms 99% C.I. 3us-546.560us Avg: 47.281us Max: 601us
Esistono altre aree di interesse, tra cui il tempo totale impiegato e la produttività del GC. Esempi:
Total time spent in GC: 502.251ms Mean GC size throughput: 92MB/s Mean GC object throughput: 1.54702e+06 objects/s
Ecco un esempio di come eseguire il dump dei tempi GC di un'app già in esecuzione:
adb shell kill -s QUIT PIDadb pull /data/anr/anr_2020-07-13-19-23-39-817
A questo punto i tempi della classifica generale sono all'interno di anr_2020-07-13-19-23-39-817 . Ecco un esempio di output da Google Maps:
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
Strumenti per analizzare i problemi di correttezza GC
Varie cose possono causare arresti anomali all'interno di ART. Gli arresti anomali che si verificano durante la lettura o la scrittura nei campi dell'oggetto possono indicare un danneggiamento dell'heap. Se il GC si arresta in modo anomalo durante l'esecuzione, potrebbe anche indicare un danneggiamento dell'heap. La causa più comune di danneggiamento dell'heap è il codice dell'app errato. Fortunatamente, esistono strumenti per eseguire il debug di arresti anomali relativi a GC e heap, incluse le opzioni di verifica dell'heap specificate sopra e CheckJNI.
ControllaJNI
CheckJNI è una modalità che aggiunge controlli JNI per verificare il comportamento dell'app; questi non sono abilitati per impostazione predefinita per motivi di prestazioni. I controlli rilevano alcuni errori che potrebbero causare il danneggiamento dell'heap, come l'utilizzo di riferimenti locali e globali non validi/obsoleti. Per abilitare CheckJNI:
adb shell setprop dalvik.vm.checkjni true
La modalità forcecopy di CheckJNI è utile per rilevare le scritture oltre la fine delle regioni dell'array. Quando abilitato, forcecopy fa sì che le funzioni JNI di accesso all'array restituiscano copie con zone rosse. Una zona rossa è una regione alla fine/inizio del puntatore restituito che ha un valore speciale, che viene verificato quando l'array viene rilasciato. Se i valori nella zona rossa non corrispondono a quanto previsto, si è verificato un sovraccarico o un sottoesaurimento del buffer. Ciò causa l'interruzione di CheckJNI. Per abilitare la modalità copia forzata:
adb shell setprop dalvik.vm.jniopts forcecopy
Un esempio di errore che CheckJNI dovrebbe rilevare è la scrittura oltre la fine di un array ottenuto da GetPrimitiveArrayCritical . Questa operazione può danneggiare l'heap Java. Se la scrittura si trova all'interno dell'area della zona rossa di CheckJNI, CheckJNI rileva il problema quando viene chiamato il corrispondente ReleasePrimitiveArrayCritical . In caso contrario, la scrittura danneggia alcuni oggetti casuali nell'heap Java e può causare un futuro arresto anomalo del GC. Se la memoria danneggiata è un campo di riferimento, il GC potrebbe rilevare l'errore e stampare l'errore Tentativo di contrassegnare <ptr> non contenuto da alcuno spazio .
Questo errore si verifica quando il GC tenta di contrassegnare un oggetto per il quale non riesce a trovare uno spazio. Dopo che questo controllo fallisce, il GC attraversa le radici e tenta di vedere se l'oggetto non valido è una radice. Da qui ci sono due opzioni: l'oggetto è un oggetto root o non root.
Esempio di root non valido
Nel caso in cui l'oggetto sia una radice non valida, stampa alcune informazioni utili: 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
In questo caso, vreg=1 all'interno di com.google.gwt.collections.JavaReadableJsArray.get dovrebbe contenere un riferimento heap, ma contiene un puntatore non valido dell'indirizzo 0x2 . Questa è una radice non valida. Per eseguire il debug di questo problema, utilizza oatdump sul file oat e osserva il metodo con la root non valida. In questo caso, l'errore si è rivelato essere un bug del compilatore nel backend x86. Ecco l'elenco delle modifiche che ha risolto il problema: https://android-review.googlesource.com/#/c/133932/
Esempio di oggetto danneggiato
Se l'oggetto non è una radice, viene stampato un output simile al seguente:
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
Quando il danneggiamento dell'heap non è una radice non valida, è difficile eseguire il debug. Questo messaggio di errore indica che nell'heap era presente almeno un oggetto che puntava all'oggetto non valido.