O Android 8.0 inclui testes de desempenho de binder e hwbinder para taxa de transferência e latência. Embora existam muitos cenários para detectar problemas de desempenho perceptíveis, a execução de tais cenários pode ser demorada e os resultados geralmente ficam indisponíveis até que o sistema seja integrado. O uso dos testes de desempenho fornecidos facilita o teste durante o desenvolvimento, detecta problemas sérios antecipadamente e melhora a experiência do usuário.
Os testes de desempenho incluem as quatro categorias a seguir:
- taxa de transferência do fichário (disponível em
system/libhwbinder/vts/performance/Benchmark_binder.cpp) - latência do fichário (disponível em
frameworks/native/libs/binder/tests/schd-dbg.cpp) - taxa de transferência do hwbinder (disponível em
system/libhwbinder/vts/performance/Benchmark.cpp) - latência do hwbinder (disponível em
system/libhwbinder/vts/performance/Latency.cpp)
Sobre fichário e hwbinder
Binder e hwbinder são infraestruturas de comunicação entre processos (IPC) Android que compartilham o mesmo driver Linux, mas têm as seguintes diferenças qualitativas:
| Aspecto | encadernador | hwbinder |
|---|---|---|
| Propósito | Fornecer um esquema IPC de uso geral para estrutura | Comunique-se com hardware |
| Propriedade | Otimizado para uso da estrutura Android | Sobrecarga mínima e baixa latência |
| Alterar política de agendamento para primeiro/segundo plano | Sim | Não |
| Argumentos passando | Usa serialização suportada pelo objeto Parcel | Usa buffers de dispersão e evita sobrecarga para copiar dados necessários para serialização de pacote |
| Herança prioritária | Não | Sim |
Processos Binder e Hwbinder
Um visualizador do systrace exibe as transações da seguinte forma:
No exemplo acima:
- Os quatro (4) processos schd-dbg são processos clientes.
- Os quatro (4) processos do binder são processos do servidor (o nome começa com Binder e termina com um número de sequência).
- Um processo cliente está sempre emparelhado com um processo servidor, que é dedicado ao seu cliente.
- Todos os pares de processos cliente-servidor são agendados de forma independente pelo kernel simultaneamente.
Na CPU 1, o kernel do SO executa o cliente para emitir a solicitação. Em seguida, ele usa a mesma CPU sempre que possível para ativar um processo do servidor, manipular a solicitação e retornar o contexto após a conclusão da solicitação.
Taxa de transferência vs. latência
Em uma transação perfeita, onde os processos cliente e servidor alternam perfeitamente, os testes de rendimento e latência não produzem mensagens substancialmente diferentes. No entanto, quando o kernel do sistema operacional está tratando uma solicitação de interrupção (IRQ) do hardware, aguardando bloqueios ou simplesmente optando por não tratar uma mensagem imediatamente, uma bolha de latência pode se formar.
O teste de rendimento gera um grande número de transações com diferentes tamanhos de carga útil, fornecendo uma boa estimativa para o tempo regular da transação (na melhor das hipóteses) e o rendimento máximo que o fichário pode atingir.
Em contraste, o teste de latência não executa nenhuma ação na carga útil para minimizar o tempo normal da transação. Podemos usar o tempo de transação para estimar a sobrecarga do fichário, fazer estatísticas para o pior caso e calcular a proporção de transações cuja latência atende a um prazo especificado.
Lidar com inversões de prioridade
Uma inversão de prioridade ocorre quando um thread com prioridade mais alta está aguardando logicamente por um thread com prioridade mais baixa. Aplicações em tempo real (RT) têm um problema de inversão de prioridade:
Ao usar o agendamento do Linux Completely Fair Scheduler (CFS), um thread sempre tem a chance de ser executado mesmo quando outros threads têm uma prioridade mais alta. Como resultado, aplicações com escalonamento CFS tratam a inversão de prioridade como um comportamento esperado e não como um problema. Entretanto, nos casos em que o framework Android precisa de escalonamento de RT para garantir o privilégio de threads de alta prioridade, a inversão de prioridade deve ser resolvida.
Exemplo de inversão de prioridade durante uma transação do binder (o thread RT é logicamente bloqueado por outros threads CFS ao aguardar o serviço de um thread do binder):
Para evitar bloqueios, você pode usar a herança de prioridade para escalar temporariamente o encadeamento Binder para um encadeamento RT quando ele atender uma solicitação de um cliente RT. Lembre-se de que o agendamento do RT tem recursos limitados e deve ser usado com cautela. Em um sistema com n CPUs, o número máximo de threads RT atuais também é n ; threads RT adicionais podem precisar esperar (e, portanto, perder seus prazos) se todas as CPUs forem ocupadas por outros threads RT.
Para resolver todas as possíveis inversões de prioridade, você poderia usar herança de prioridade tanto para o binder quanto para o hwbinder. No entanto, como o binder é amplamente utilizado em todo o sistema, permitir a herança de prioridade para transações do binder pode enviar spam ao sistema com mais threads RT do que ele pode atender.
Execute testes de rendimento
O teste de rendimento é executado em relação ao rendimento da transação binder/hwbinder. Num sistema que não está sobrecarregado, as bolhas de latência são raras e o seu impacto pode ser eliminado desde que o número de iterações seja suficientemente elevado.
- O teste de rendimento do fichário está em
system/libhwbinder/vts/performance/Benchmark_binder.cpp. - O teste de rendimento do hwbinder está em
system/libhwbinder/vts/performance/Benchmark.cpp.
Resultado dos testes
Exemplo de resultados de teste de rendimento para transações usando diferentes tamanhos de carga útil:
Benchmark Time CPU Iterations --------------------------------------------------------------------- BM_sendVec_binderize/4 70302 ns 32820 ns 21054 BM_sendVec_binderize/8 69974 ns 32700 ns 21296 BM_sendVec_binderize/16 70079 ns 32750 ns 21365 BM_sendVec_binderize/32 69907 ns 32686 ns 21310 BM_sendVec_binderize/64 70338 ns 32810 ns 21398 BM_sendVec_binderize/128 70012 ns 32768 ns 21377 BM_sendVec_binderize/256 69836 ns 32740 ns 21329 BM_sendVec_binderize/512 69986 ns 32830 ns 21296 BM_sendVec_binderize/1024 69714 ns 32757 ns 21319 BM_sendVec_binderize/2k 75002 ns 34520 ns 20305 BM_sendVec_binderize/4k 81955 ns 39116 ns 17895 BM_sendVec_binderize/8k 95316 ns 45710 ns 15350 BM_sendVec_binderize/16k 112751 ns 54417 ns 12679 BM_sendVec_binderize/32k 146642 ns 71339 ns 9901 BM_sendVec_binderize/64k 214796 ns 104665 ns 6495
- O tempo indica o atraso de ida e volta medido em tempo real.
- CPU indica o tempo acumulado quando as CPUs estão agendadas para o teste.
- Iterações indica o número de vezes que a função de teste foi executada.
Por exemplo, para uma carga útil de 8 bytes:
BM_sendVec_binderize/8 69974 ns 32700 ns 21296
… o rendimento máximo que o fichário pode atingir é calculado como:
Taxa de transferência MÁXIMA com carga útil de 8 bytes = (8 * 21296)/69974 ~= 2,423 b/ns ~= 2,268 Gb/s
Opções de teste
Para obter resultados em .json, execute o teste com o argumento --benchmark_format=json :
libhwbinder_benchmark --benchmark_format=json
{
"context": {
"date": "2017-05-17 08:32:47",
"num_cpus": 4,
"mhz_per_cpu": 19,
"cpu_scaling_enabled": true,
"library_build_type": "release"
},
"benchmarks": [
{
"name": "BM_sendVec_binderize/4",
"iterations": 32342,
"real_time": 47809,
"cpu_time": 21906,
"time_unit": "ns"
},
….
}
Execute testes de latência
O teste de latência mede o tempo que leva para o cliente começar a inicializar a transação, mudar para o processo do servidor para tratamento e receber o resultado. O teste também procura comportamentos ruins conhecidos do agendador que podem impactar negativamente a latência da transação, como um agendador que não suporta herança de prioridade ou honra o sinalizador de sincronização.
- O teste de latência do fichário está em
frameworks/native/libs/binder/tests/schd-dbg.cpp. - O teste de latência do hwbinder está em
system/libhwbinder/vts/performance/Latency.cpp.
Resultado dos testes
Os resultados (em .json) mostram estatísticas de latência média/melhor/pior e o número de prazos perdidos.
Opções de teste
Os testes de latência têm as seguintes opções:
| Comando | Descrição |
|---|---|
-i value | Especifique o número de iterações. |
-pair value | Especifique o número de pares de processos. |
-deadline_us 2500 | Especifique o prazo em nós. |
-v | Obtenha uma saída detalhada (depuração). |
-trace | Interrompa o rastreamento quando o prazo for atingido. |
As seções a seguir detalham cada opção, descrevem o uso e fornecem exemplos de resultados.
Especifique iterações
Exemplo com um grande número de iterações e saída detalhada desabilitada:
libhwbinder_latency -i 5000 -pair 3
{
"cfg":{"pair":3,"iterations":5000,"deadline_us":2500},
"P0":{"SYNC":"GOOD","S":9352,"I":10000,"R":0.9352,
"other_ms":{ "avg":0.2 , "wst":2.8 , "bst":0.053, "miss":2, "meetR":0.9996},
"fifo_ms": { "avg":0.16, "wst":1.5 , "bst":0.067, "miss":0, "meetR":1}
},
"P1":{"SYNC":"GOOD","S":9334,"I":10000,"R":0.9334,
"other_ms":{ "avg":0.19, "wst":2.9 , "bst":0.055, "miss":2, "meetR":0.9996},
"fifo_ms": { "avg":0.16, "wst":3.1 , "bst":0.066, "miss":1, "meetR":0.9998}
},
"P2":{"SYNC":"GOOD","S":9369,"I":10000,"R":0.9369,
"other_ms":{ "avg":0.19, "wst":4.8 , "bst":0.055, "miss":6, "meetR":0.9988},
"fifo_ms": { "avg":0.15, "wst":1.8 , "bst":0.067, "miss":0, "meetR":1}
},
"inheritance": "PASS"
}
Esses resultados de teste mostram o seguinte:
-
"pair":3 - Cria um par de cliente e servidor.
-
"iterations": 5000 - Inclui 5.000 iterações.
-
"deadline_us":2500 - O prazo é 2500us (2,5ms); espera-se que a maioria das transações atinja esse valor.
-
"I": 10000 - Uma única iteração de teste inclui duas (2) transações:
- Uma transação por prioridade normal (
CFS other) - Uma transação por prioridade em tempo real (
RT-fifo)
- Uma transação por prioridade normal (
-
"S": 9352 - 9352 das transações são sincronizadas na mesma CPU.
-
"R": 0.9352 - Indica a proporção na qual o cliente e o servidor são sincronizados na mesma CPU.
-
"other_ms":{ "avg":0.2 , "wst":2.8 , "bst":0.053, "miss":2, "meetR":0.9996} - A média (
avg), o pior (wst) e o melhor (bst) caso para todas as transações emitidas por um chamador de prioridade normal. Duas transaçõesmisso prazo, fazendo com que o índice de encontro (meetR) seja 0,9996. -
"fifo_ms": { "avg":0.16, "wst":1.5 , "bst":0.067, "miss":0, "meetR":1} - Semelhante a
other_ms, mas para transações emitidas por cliente com prioridadert_fifo. É provável (mas não obrigatório) quefifo_mstenha um resultado melhor queother_ms, com valoresavgewstmais baixos e ummeetRmais alto (a diferença pode ser ainda mais significativa com carga em segundo plano).
Observação: a carga em segundo plano pode afetar o resultado da taxa de transferência e a tupla other_ms no teste de latência. Somente o fifo_ms pode mostrar resultados semelhantes, desde que a carga em segundo plano tenha uma prioridade mais baixa que RT-fifo .
Especifique valores de pares
Cada processo cliente é emparelhado com um processo servidor dedicado ao cliente, e cada par pode ser escalonado independentemente para qualquer CPU. Entretanto, a migração da CPU não deve acontecer durante uma transação, desde que o sinalizador SYNC seja honor .
Certifique-se de que o sistema não esteja sobrecarregado! Embora seja esperada alta latência em um sistema sobrecarregado, os resultados dos testes para um sistema sobrecarregado não fornecem informações úteis. Para testar um sistema com pressão mais alta, use -pair #cpu-1 (ou -pair #cpu com cuidado). Testar usando -pair n with n > #cpu sobrecarrega o sistema e gera informações inúteis.
Especifique valores de prazo
Após extensos testes de cenários de usuário (executando o teste de latência em um produto qualificado), determinamos que 2,5 ms é o prazo a ser cumprido. Para novas aplicações com requisitos maiores (como 1000 fotos/segundo), esse valor de prazo será alterado.
Especifique a saída detalhada
Usar a opção -v exibe uma saída detalhada. Exemplo:
libhwbinder_latency -i 1 -v-------------------------------------------------- service pid: 8674 tid: 8674 cpu: 1 SCHED_OTHER 0-------------------------------------------------- main pid: 8673 tid: 8673 cpu: 1 -------------------------------------------------- client pid: 8677 tid: 8677 cpu: 0 SCHED_OTHER 0-------------------------------------------------- fifo-caller pid: 8677 tid: 8678 cpu: 0 SCHED_FIFO 99 -------------------------------------------------- hwbinder pid: 8674 tid: 8676 cpu: 0 ??? 99-------------------------------------------------- other-caller pid: 8677 tid: 8677 cpu: 0 SCHED_OTHER 0 -------------------------------------------------- hwbinder pid: 8674 tid: 8676 cpu: 0 SCHED_OTHER 0
- O thread de serviço é criado com prioridade
SCHED_OTHERe executado emCPU:1compid 8674. - A primeira transação é então iniciada por um
fifo-caller. Para atender esta transação, o hwbinder atualiza a prioridade do servidor (pid: 8674 tid: 8676) para 99 e também a marca com uma classe de agendamento transitória (impressa como???). O agendador então coloca o processo do servidor emCPU:0para ser executado e sincroniza-o com a mesma CPU de seu cliente. - O segundo chamador de transação tem prioridade
SCHED_OTHER. O servidor faz downgrade e atende o chamador com prioridadeSCHED_OTHER.
Usar rastreamento para depuração
Você pode especificar a opção -trace para depurar problemas de latência. Quando usado, o teste de latência interrompe a gravação do tracelog no momento em que uma latência ruim é detectada. Exemplo:
atrace --async_start -b 8000 -c sched idle workq binder_driver sync freqlibhwbinder_latency -deadline_us 50000 -trace -i 50000 -pair 3deadline triggered: halt ∓ stop trace log:/sys/kernel/debug/tracing/trace
Os seguintes componentes podem afetar a latência:
- Modo de compilação do Android . O modo Eng geralmente é mais lento que o modo userdebug.
- Estrutura . Como o serviço de estrutura usa
ioctlpara configurar o fichário? - Driver do fichário . O driver suporta bloqueio refinado? Ele contém todos os patches de melhoria de desempenho?
- Versão do kernel . Quanto melhor a capacidade de tempo real do kernel, melhores serão os resultados.
- Configuração do kernel . A configuração do kernel contém configurações
DEBUGcomoDEBUG_PREEMPTeDEBUG_SPIN_LOCK? - Agendador de kernel . O kernel possui um agendador Energy-Aware (EAS) ou um agendador Heterogeneous Multi-Processing (HMP)? Algum driver de kernel ( driver
cpu-freq, drivercpu-idle,cpu-hotplug, etc.) afeta o agendador?