摘要：通過(guò)這兩天的調(diào)研，筆者將的測(cè)試方法簡(jiǎn)單的分為兩類安卓官方提供的工具及方法廠商提供的工具及方法。其中監(jiān)測(cè)僅支持搭載高通處理器的設(shè)備，而其他功能可以在搭載任意處理器的手機(jī)上使用。

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作者：章未哲——騰訊SNG質(zhì)量部

我們?cè)诎沧可线M(jìn)行性能測(cè)試時(shí)，如果想獲取CPU以及內(nèi)存等常用性能指標(biāo)，linux系統(tǒng)自身就提供了現(xiàn)成的方法，谷歌官方甚至公司內(nèi)部也都提供了大量功能強(qiáng)大的分析工具。而相比之下，想要獲取GPU的相關(guān)指標(biāo)則沒(méi)那么容易，甚至我們對(duì)GPU應(yīng)該使用什么指標(biāo)衡量都幾乎一無(wú)所知。這一方面是由于系統(tǒng)沒(méi)有提供相關(guān)接口與命令，另一方面似乎業(yè)界目前對(duì)于GPU的關(guān)注度不足，相關(guān)積累與沉淀較少，鑒于此，個(gè)人感覺(jué)GPU測(cè)試這一塊也可以作為終端專項(xiàng)后面需要關(guān)注及攻克的課題。

通過(guò)這兩天的調(diào)研，筆者將GPU的測(cè)試方法簡(jiǎn)單的分為兩類：

安卓官方提供的工具及方法；

GPU廠商提供的工具及方法。下面將具體介紹這兩類測(cè)試分析方法。

google或者百度“安卓GPU測(cè)試”等關(guān)鍵詞搜索出來(lái)的結(jié)果多半屬于這一類方法。這一類方法還有一個(gè)顯著的共同點(diǎn)：沒(méi)有提供GPU直接關(guān)鍵指標(biāo)，而是通過(guò)逐幀計(jì)算界面繪制渲染的過(guò)程及消耗時(shí)間間接呈現(xiàn)GPU的占用。具體工具及使用方法如下：

1. GPU View Updates

開(kāi)啟方式：設(shè)置-開(kāi)發(fā)者選項(xiàng)-顯示GPU視圖更新。主要查看view的更新以及redraw的區(qū)域大小。這個(gè)工具比較簡(jiǎn)單，不做具體介紹。

2. Show GPU Overdraw

開(kāi)啟方式：設(shè)置-開(kāi)發(fā)者選項(xiàng)-調(diào)試GPU過(guò)度繪制-顯示過(guò)度繪制區(qū)域。開(kāi)啟后的效果如下圖：

過(guò)度繪制（overdraw）指的是某些組件在屏幕像素點(diǎn)上繪制次數(shù)超過(guò)一次，不同顏色代表含義如下：

無(wú)色：無(wú)過(guò)度繪制，即該像素點(diǎn)只繪制1次

藍(lán)色：1倍過(guò)度繪制，即該像素點(diǎn)繪制了2次

綠色：2倍過(guò)度繪制，即該像素點(diǎn)繪制了3次

淺紅：3倍過(guò)度繪制，即該像素點(diǎn)繪制了4次

暗紅：4倍過(guò)度繪制，即該像素點(diǎn)繪制了5次

在開(kāi)發(fā)及測(cè)試的過(guò)程中，多倍過(guò)度繪制應(yīng)該是需要特別注意并極力避免的。

3. Profile GPU Rendering

開(kāi)啟方式：設(shè)置-開(kāi)發(fā)者選項(xiàng)-GPU呈現(xiàn)模式分析。

里面有兩個(gè)選項(xiàng)：

在屏幕上顯示條形圖；

在 adb shell dumpsys gfxinfo中。

1、選擇第一項(xiàng)，效果如下：

手機(jī)上出現(xiàn)大量GPU繪制信息，每條柱狀信息代表一幀渲染時(shí)間，柱子越長(zhǎng)代表這一幀的渲染時(shí)間越長(zhǎng)，不同顏色代表每一幀渲染各個(gè)階段所占時(shí)長(zhǎng)。為確保畫(huà)面流暢，系統(tǒng)每秒鐘需要渲染60幀（60fps），即平均每幀渲染時(shí)間為16ms，上圖中的綠色橫線即為16ms“警戒線”，超過(guò)這個(gè)警戒線的柱子代表該幀渲染時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能造成界面卡頓。

柱子不同顏色的組成代表了每一幀渲染各階段耗時(shí)，在4.x的系統(tǒng)中，只分了3個(gè)階段，而在5.x系統(tǒng)中細(xì)分成4個(gè)階段，而在6.0系統(tǒng)中更進(jìn)一步細(xì)分為了9個(gè)階段，上圖是6.0系統(tǒng)下呈現(xiàn)的效果，而在4.x系統(tǒng)下的呈現(xiàn)效果如下圖所示：

下面介紹各系統(tǒng)下不同顏色代表的含義：

4.x：

藍(lán)色：代表繪制時(shí)間，即創(chuàng)建和更新display lists的時(shí)間

紅色：代表執(zhí)行時(shí)間，即系統(tǒng)進(jìn)行2D渲染Display List的時(shí)間

橙色：代表處理時(shí)間，即CPU等待GPU完成渲染處理的時(shí)間

5.x：

新增紫色：代表渲染線程寫(xiě)入資源所需時(shí)間

6.x：

變成9種顏色，將渲染過(guò)程中的幾大步驟進(jìn)一步細(xì)分，可以通過(guò)Android Studio上的GPU Monitor可以看到各顏色含義更新如下（關(guān)于GPU Monitor下一小節(jié)會(huì)具體介紹）：

Swap Buffers：對(duì)應(yīng)原先Process（橙色），表示處理任務(wù)的時(shí)間，也可以說(shuō)是CPU等待GPU完成任務(wù)的時(shí)間，線條越高，表示GPU做的事情越多；

Command Issue：對(duì)應(yīng)原先Execute（紅色），表示執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間，這部分主要是Android進(jìn)行2D渲染顯示列表的時(shí)間，為了將內(nèi)容繪制到屏幕上，Android需要使用Open GL ES的API接口來(lái)繪制顯示列表，紅色線條越高表示需要繪制的視圖更多；

Sync & Upload：表示的是準(zhǔn)備當(dāng)前界面上有待繪制的圖片所耗費(fèi)的時(shí)間，為了減少該段區(qū)域的執(zhí)行時(shí)間，我們可以減少屏幕上的圖片數(shù)量或者是縮小圖片的大小；

Draw：對(duì)應(yīng)原先Update（藍(lán)色），表示測(cè)量和繪制視圖列表所需要的時(shí)間，藍(lán)色線條越高表示每一幀需要更新很多視圖，或者View的onDraw方法中做了耗時(shí)操作；

Measure/Layout：表示布局的onMeasure與onLayout所花費(fèi)的時(shí)間，一旦時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就需要仔細(xì)檢查自己的布局是不是存在嚴(yán)重的性能問(wèn)題；

Animation：表示計(jì)算執(zhí)行動(dòng)畫(huà)所需要花費(fèi)的時(shí)間，包含的動(dòng)畫(huà)有ObjectAnimator，ViewPropertyAnimator，Transition等等。一旦這里的執(zhí)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就需要檢查是不是使用了非官方的動(dòng)畫(huà)工具或者是檢查動(dòng)畫(huà)執(zhí)行的過(guò)程中是不是觸發(fā)了讀寫(xiě)操作等等；

Input Handling：表示系統(tǒng)處理輸入事件所耗費(fèi)的時(shí)間，粗略等于對(duì)事件處理方法所執(zhí)行的時(shí)間。一旦執(zhí)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，意味著在處理用戶的輸入事件的地方執(zhí)行了復(fù)雜的操作；

Misc Time/Vsync Delay：表示在主線程執(zhí)行了太多的任務(wù)，導(dǎo)致UI渲染跟不上vSync的信號(hào)而出現(xiàn)掉幀的情況；出現(xiàn)該線條的時(shí)候，可以在Log中看到這樣的日志： ?I/Choreographer(*): Skipped XXX frames! The application may be doing too much work on its main thread

關(guān)于這一部分的具體原理及詳細(xì)解釋可以參考Android性能優(yōu)化典范：

http://hukai.me/android-perfo...

http://hukai.me/android-perfo...

2、選擇第二項(xiàng)adb shell dumpsys gfxinfo，可以在終端中通過(guò)adb shell dumpsy gfxoinfo taskName命令獲取對(duì)應(yīng)進(jìn)程的幀渲染日志文件。

4. GPU Monitor

另外，在Android Studio 1.4之后的版本中集成了GPU Monitor，也可以查看每幀的渲染耗時(shí)。使用方法如下：

將手機(jī)連接電腦病開(kāi)啟USB調(diào)試選項(xiàng)，打開(kāi)Android Studio并點(diǎn)擊底部的“Android Monitor”，選擇待測(cè)的設(shè)備與進(jìn)程，即可看到GPU Monitor的監(jiān)控結(jié)果。以6.0系統(tǒng)為例，可以看到，GPU Monitor中呈現(xiàn)的信息實(shí)際上與GPU呈現(xiàn)模式分析中在手機(jī)屏幕上顯示的柱狀圖是相同的。

GPU Monitor中展示的柱狀圖的顏色數(shù)量也是與系統(tǒng)版本有關(guān)的，若使用5.x系統(tǒng)，GPU Monitor中渲染耗時(shí)展示如下：

上面提到的方法都是通過(guò)監(jiān)控幀渲染時(shí)間等手段間接反映GPU的狀態(tài)，但是這些工具都不能滿足我們的需求。其實(shí)我們的需求很簡(jiǎn)單：希望能夠直接獲得GPU占用率或者類似的指標(biāo)，就如同top命令可以直接查看CPU占用率一樣，簡(jiǎn)單快捷。但是，可能是由于相比CPU占用率，大部分開(kāi)發(fā)者對(duì)GPU占用率并不是十分關(guān)心，不僅Linux/Android沒(méi)有提供GPU占用指標(biāo)，就連Windows上也沒(méi)有提供原生的方法。Windows 平臺(tái)上有一些第三方工具能夠監(jiān)測(cè)顯卡狀態(tài)，例如GPU-Z，暫時(shí)還不太清楚其工作原理及精確度。而在Linux/Android平臺(tái)上似乎還缺少比較權(quán)威的第三方監(jiān)測(cè)工具，Linux上可以通過(guò)Nvidia提供的nvidia-smi命令獲取GPU參數(shù)，但是對(duì)其他GPU支持有限。在Android端，高通也提供了一些工具能夠監(jiān)測(cè)GPU的運(yùn)行情況，但是也僅僅支持使用了高通CPU/GPU的移動(dòng)設(shè)備。高通開(kāi)發(fā)了兩個(gè)能夠監(jiān)測(cè)GPU的工具：

Adreno Profiler；

Trepn Profiler。

其中，前者是PC端的工具，功能強(qiáng)大，但是使用相對(duì)復(fù)雜，因此如果測(cè)試人員只需要簡(jiǎn)單的測(cè)試數(shù)據(jù)，沒(méi)有必要使用該工具。有興趣的同學(xué)可以在網(wǎng)上檢索資料，官方網(wǎng)站：https://developer.qualcomm.co...（復(fù)制鏈接在瀏覽器中打開(kāi)）

本文主要介紹Trepn Profiler。Trepn Profiler是運(yùn)行在終端上的性能監(jiān)測(cè)工具，在應(yīng)用寶等各大應(yīng)用市場(chǎng)均能免費(fèi)下載。

官方網(wǎng)站：https://developer.qualcomm.co...（復(fù)制鏈接在瀏覽器中打開(kāi)）

Trepn Profiler能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)手機(jī)幾項(xiàng)主要性能指標(biāo)，主要包括CPU、內(nèi)存、GPU、網(wǎng)絡(luò)流量以及電量。其中GPU監(jiān)測(cè)僅支持搭載高通處理器的設(shè)備，而其他功能可以在搭載任意處理器的手機(jī)上使用。Trepn Profiler使用起來(lái)也十分簡(jiǎn)單，下面主要介紹如何使用該工具監(jiān)測(cè)并提取GPU數(shù)據(jù)。

首先打開(kāi)Trepn Profiler，可以看到以下界面：

各個(gè)入口對(duì)應(yīng)了不同的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，以CPU監(jiān)測(cè)為主，而GPU監(jiān)測(cè)隱藏在“Performance Graph”中，點(diǎn)擊該按鈕并劃到最下方：

同CPU占用一樣，這里使用百分比表示了當(dāng)前GPU的占用情況，剛好能夠滿足我們的需求，完美！但是，非高通機(jī)器在這里面是找不到GPU Frequency和GPU Load這兩個(gè)指標(biāo)的。然而這僅僅提供了一個(gè)折線圖，如果想獲取更詳細(xì)信息，比如說(shuō)原始數(shù)據(jù)以及各進(jìn)程對(duì)應(yīng)的GPU占用，沒(méi)關(guān)系，Trepn Profiler同樣能夠滿足。

回到首頁(yè)，點(diǎn)擊左上角選項(xiàng)按鈕，選擇“ADVANCED MODE”，進(jìn)入以下界面：

選擇“Profile App”即可選擇監(jiān)測(cè)應(yīng)用，在Setting中可以選擇監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，采樣頻率等高級(jí)選項(xiàng)，同時(shí)還可以選擇開(kāi)啟懸浮窗口實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。我們選擇監(jiān)測(cè)QQ空間直播過(guò)程中的GPU占用情況，并開(kāi)啟懸浮窗口實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)GPU狀態(tài)，如下圖：

直播結(jié)束后，回到Trepn Profiler并選擇“Stop Profiling”，會(huì)提示是否保存測(cè)試結(jié)果，選擇“Save as .csv”，就可以保存測(cè)試過(guò)程中每次采樣獲得的原始數(shù)據(jù)。從手機(jī)中將csv格式的原始數(shù)據(jù)撈出來(lái)，可以用excel打開(kāi)或者文本編輯器打開(kāi)，可以根據(jù)后續(xù)需要自行選擇數(shù)據(jù)處理方式。

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本文記錄了一個(gè)小白探索安卓GPU測(cè)試方法的過(guò)程并總結(jié)了現(xiàn)有的幾個(gè)方法，但是筆者感覺(jué)本文總結(jié)的幾個(gè)方法還是存在許多不足，并且對(duì)GPU測(cè)試相關(guān)也仍然存在一些疑問(wèn)，例如：是否有公認(rèn)統(tǒng)一的GPU測(cè)試衡量指標(biāo)？第三方（非GPU廠商）能否做到跨硬件平臺(tái)的、精確的GPU監(jiān)控與測(cè)試？
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在專項(xiàng)測(cè)試關(guān)注的其他幾個(gè)領(lǐng)域里，我們都建立了較完善的監(jiān)控體系和工具集成，而相比之下，本文總結(jié)的GPU測(cè)試方法就顯得過(guò)于簡(jiǎn)陋。隨著當(dāng)前直播業(yè)務(wù)的火爆以及未來(lái)VR/AR技術(shù)的逐步普及，將來(lái)會(huì)有越來(lái)越多的非游戲類應(yīng)用涉及到較大規(guī)模的GPU運(yùn)算。而目前我們專項(xiàng)測(cè)試乃至整個(gè)業(yè)界似乎對(duì)于GPU監(jiān)控與測(cè)試的關(guān)注度還不夠，所以最后也希望我們專項(xiàng)團(tuán)隊(duì)能夠盡早完善GPU的測(cè)試方法以及監(jiān)測(cè)體系。
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筆者來(lái)自SNG質(zhì)量部專項(xiàng)技術(shù)測(cè)試團(tuán)隊(duì)，由于本人剛?cè)肼氝€處于學(xué)習(xí)階段，在性能/專項(xiàng)測(cè)試方面仍然資歷尚淺，之前也沒(méi)有接觸過(guò)GPU以及圖形學(xué)方面的知識(shí)，本文若有不準(zhǔn)確不嚴(yán)謹(jǐn)不完善的地方，也請(qǐng)大家不吝賜教。

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