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btrace 开源！基于 Systrace 高性能 Trace 工具

介绍

btrace（又名 RheaTrace） 是抖音基础技术团队自研的一款高性能 Android Trace 工具，它基于 Systrace 实现，并针对 Systrace 不足之处加以改进，核心改进点如下。

：编译期间为 App 方法自动注入自定义事件，并提供高效、灵活配置规则。

性能提升：改进 Systrace 文件实时写 atrace 数据方式，性能提升最大 400 % 以上。

实用性提升：额外提供更详细 IO 等数据，大幅提升方法耗时归因效率；使用独创方案彻底来解决方法因执行异常引起 trace 数据不闭合问题。

项目地址：

https://github.com/bytedance/btrace

目前字节跳动已有多款 App 接入，包括抖音、TikTok、今日、幸福里等均已接入 RheaTrace，并为其体验优化提供强有力支持。

借助 RheaTrace 将为您的 App 带来极致流畅体验，RheaTrace 使用效果如下（因保密原则，每个方法用 ID 表示）。

Systrace 简介

如果我们使用过 Systrace 分析应用性能，我们都知道 Systrace 提供 Category 配置让用户决定采集哪些系统 atrace 数据，如下命令，从 sched 开始后续是不同类别的 atrace 数据。

python systrace.py -o mynewtrace.html sched freq idle am wm gfx view \
    binder_driver hal dalvik camera input res

atrace 的数据类型见下图：

其中，用户空间 atrace 类型包括应用层自定义 Trace 事件、系统层 gfx 渲染相关 Trace、系统层锁相关 Trace 信息等，其最终都是通过调用 Android SDK 提供 Trace.beginSection 或者 ATRACE_BEGIN 记录到同一个文件 /sys/kernel/debug/tracing/trace_marker 中。

此节点允许用户层写入数据，ftrace 会记录该写入操作时间戳。

当用户层发生函数调用时，ftrace 可以记录被跟踪函数的运行时间。

atrace 若需记录用户层某一 trace 类型，只需激活对应 TAG 类型即可。

如选择 gfx，则会激活 ATRACE_TAG_GRAPHICS，并将渲染事件记录到 trace_marker 文件中。

内核空间的数据主要是一些补充分析数据，如 freq、sched、binder 等，常用 CPU 调度相关信息包括：

CPU 频率变化情况。

任务执行情况。

大小核调度情况。

CPU Boost 调度情况。

关于图中一些标签释义。

CPU 使用率：右边柱状图越高，表明使用率越高。

CPU 序号：标识 CPU 核心序号，表示该设备有 8 个核心，编号 0 -7。

CPU 频率：右边对应的粉色柱状图表示其频率变化趋势。

调度任务：标识在该 CPU 核心上正在运行的任务，点击任务可查看其 ID、优先级等信息。

这些信息 App 可以直接读取 /sys/devices/system/cpu 节点下相关信息获得，而另外一部分标识线程状态信息则只能通过系统或者 adb 才能获取，且这些信息不是统一节点控制，需要激活各自对应的事件节点，让 ftrace 记录下不同事件的 tracepoint。

内核在运行时，根据节点的使能状态，会往 ftrace 缓冲中记录事件。

例如，激活线程调度状态信息记录，需要激活类似如下相关节点。

events/sched/sched_switch/enable
events/sched/sched_wakeup/enable

激活后，则可以获取到线程调度状态相关的信息，比如：

Running: 线程在正常执行代码逻辑。

Runnable: 可执行状态，等待调度，如果长时间调度不到，说明 CPU 繁忙。

Sleeping: 休眠，一般是在等待事件驱动。

Uninterruptible Sleep: 不可中断的休眠，需要看 Args 描述来确定当时状态。

Uninterruptible Sleep - Block I/O: IO 阻塞。

最终，上述两大类事件记录都汇集到内核态同一缓冲中， Systrace 工具是通过指定抓取 trace 类别等参数，然后触发手机端 /system/bin/atrace 开启对应文件节点信息，接着 atrace 会读取 ftrace 缓存，生成只包含 ftrace 信息的 atrace_raw 信息，最终通过脚本转换成可视化 HTML 文件，大致流程如下。

RheaTrace 揭秘

本章节将从 RheaTrace 重点优势一一介绍。

Systrace 源码分析

Systrace 提供 TracebeginSection 作为分析入口。

public static void beginSection(@NonNull String sectionName) {
    if (isTagEnabled(TRACE_TAG_APP)) {
        if (sectionName.length() > MAX_SECTION_NAME_LEN) {
            throw new IllegalArgumentException(&34;);
        }
        nativeTraceBegin(TRACE_TAG_APP, sectionName);
    }
}

android.os.Tracedefine ATRACE_BEGIN(name) atrace_begin(ATRACE_TAG, name) static inline void atrace_begin(uint64_t tag, const char* name) { if (CC_UNLIKELY(atrace_is_tag_enabled(tag))) { void atrace_begin_body(const char*); atrace_begin_body(name); } }

atrace_begin_body 方法实现参考 system/core/libcutils/trace-dev.cpp。

void atrace_begin_body(const char* name)
{
    WRITE_MSG(&34;, &34;, name, &34;);
}

atrace_begin_body 最终实现在宏 WRITE_MSG 实现，代码如下：

beginSection(String) 传入的是方法 ID。

traceWithMethodID = true //决定哪些包名下的类您不需要做性能跟踪。

traceFilterFilePath = &34; //一些特定方法保持 ID 值固定不变。

applyMethodMappingFilePath = &34; } runtime { ...... } }

为减少包体积、性能影响，我们也借鉴 matrix 慢函数思路，支持为每个函数生成唯一 ID，traceWithMethodID 为 true，Trace34;libcutils.so&34;atrace_enabled_tags&34;atrace_marker_fd&34;&39; is not defined&installSystraceSnooper，本文不做过多介绍。

接着，通过 PLT Hook libcutils.so 中 write、write_chk 方法，判定该方法传入 fd 是否与 atrace_marker_fd 一致，若一致，则将 atrace 数据写入我们定义的文件中。

ssize_t proxy_write(int fd, const void* buf, size_t count) {
  BYTEHOOK_STACK_SCOPE();

  if (ATrace::Get().IsATrace(fd, count)) {
    ATrace::Get().LogTrace(buf, count);
    return count;
  }
  ...

  ATRACE_
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