前言：
最近，在看戴銘老師關(guān)于 “性能監(jiān)控” 相關(guān)的技術(shù)分享，感覺收獲很多。基于最近的學(xué)習(xí)，總結(jié)了一些性能監(jiān)控相關(guān)的實踐，并計劃落地一系列 “性能監(jiān)控” 相關(guān)的文章。
目錄如下：
iOS 性能監(jiān)控（一）—— CPU功耗監(jiān)控
iOS 性能監(jiān)控（二）—— 主線程卡頓監(jiān)控
iOS 性能監(jiān)控（三）—— 方法耗時監(jiān)控
本篇將介紹iOS性能監(jiān)控工具（QiLagMonitor）中與 “CPU功耗監(jiān)控” 相關(guān)的功能模塊。
一、了解CPU架構(gòu)
CPU（Central Processing Unit）：中央處理器，
主要由 “運算器” 、 “控制器” 、 “寄存器” 三部分組成。
運算器 ：負(fù)責(zé)一些運算操作。（運算）
控制器 ：負(fù)責(zé)發(fā)出CPU每條指令所需的信息。（發(fā)指令）
寄存器 ：負(fù)責(zé)存儲運算過程或者指令操作的一些臨時文件。（存數(shù)據(jù)）
CPU有“處理指令”、“執(zhí)行操作”、“控制時間”、“處理數(shù)據(jù)”四大作用。與我們?nèi)梭w的大腦類似，幫助我們完成各種各樣的生理活動。
市場上，我們比較熟悉的CPU架構(gòu)有ARM（arm64）和Intel（x86）等等。
（PS：關(guān)于ARM與intel的區(qū)別可以查看這篇博客）
問：那么對于我們iPhone而言，有哪些CPU架構(gòu)呢？
目前，市場上大部分的iPhone都是基于arm64架構(gòu)。
因為arm架構(gòu)有著功耗低的特點，因此廣泛應(yīng)用在移動設(shè)備領(lǐng)域。（intel雖然性能好，但功耗高。因此失去了移動端領(lǐng)域的市場份額。）
| CPU架構(gòu) | 機型 |
|---|---|
| armv6 | iPhone、iPhone 2、iPhone 3G |
| armv7 | iPhone3GS、iPhone 4、iPhone 4S、iPad、iPad 2 |
| armv7s | iPhone 5、iPhone 5c |
| arm64 | iPhone 5s、iPhone 6、iPhone 6 plus、iPhone 7、iPhone 7 plus、iPhone 8、iPhone 8 plus、iPhone X、iPhone XS、iPhone XR、iPhone 11、iPhone 11 pro、iPhone 11 pro max、iPad Air、iPad Air2、iPad mini2、iPad mini3、iPad mini4、iPad pro... |
PS：CPU與GPU比較？
GPU是圖像處理器。在大部分計算機中，GPU僅僅會用來繪制圖像。它會迅速算出當(dāng)前屏幕的所有像素，并在顯示器上繪制出來。
二、iOS如何監(jiān)控CPU功耗？
說一下QiCPUMonitor的大致實現(xiàn)思路。
首先，獲取當(dāng)前的任務(wù)
task。從任務(wù)task中獲得當(dāng)前所有存活的線程信息。
這時，我們就拿到了當(dāng)前任務(wù)所有存活的 “線程信息”（threads） 和 “存活的線程個數(shù)”（threadCount） 。然后，設(shè)置一個預(yù)定的
CPU使用閾值。
遍歷所有線程的信息，查看是否有線程的CPU使用率cpu_usage“超過” 預(yù)定的閾值（例如CPU使用率超過80%）。如果有線程的CPU使用率
cpu_usage超過預(yù)定閾值，就 “存儲” 當(dāng)前線程的調(diào)用的堆棧信息。
三、QiCPUMonitor的具體實現(xiàn)
- 首先，介紹一下存儲單個線程信息的結(jié)構(gòu)體
thread_basic_info。
struct thread_basic_info {
time_value_t user_time; // 用戶運行時長
time_value_t system_time; // 系統(tǒng)運行時長
integer_t cpu_usage; // CPU使用率（理論上限為1000）
policy_t policy; // 調(diào)度策略
integer_t run_state; // 運行狀態(tài)
integer_t flags; // 各種標(biāo)記
integer_t suspend_count; // 暫停線程的計數(shù)
integer_t sleep_time; // 休眠時間
};
| 名稱 | 介紹 |
|---|---|
| user_time | 用戶運行時間（精確到微妙）。 |
| system_time | 系統(tǒng)運行時（精確到微妙）。 |
| cpu_usage | cpu使用率（理論上限1000）。 |
| policy | 調(diào)度策略。 |
| run_state | 五種 “運行狀態(tài)”： 1> running 運行中 2> stopped 已停止 3> waiting 等待中 4> uninterruptible 不可中斷 5> halted 被阻塞 |
| flags | 三種 “線程標(biāo)志”： 1> swapped 換出 2> idle 空閑 3> global forced idle 全局強制空閑。 |
| suspend_count | 線程已經(jīng)被掛起的計數(shù)。 |
| sleep_time | 線程已經(jīng)掛起的時間（精確到秒）。 |
- 其次，聲明三個變量：
threads、threadCount、thisTask。
分別表示：
| 參數(shù)名 | 參數(shù)含義 |
|---|---|
| threads | 用來存儲當(dāng)前任務(wù)task下的所有線程信息。 |
| threadCount | 用來存儲有幾條線程。 |
| thisTask | 用來存儲當(dāng)前任務(wù)task。 |
thread_act_array_t threads; //! 一個數(shù)組，用來記錄當(dāng)前任務(wù)下的所有線程。
mach_msg_type_number_t threadCount = 0; //! 一個數(shù)，該參數(shù)用來記錄線程的個數(shù)。
const task_t thisTask = mach_task_self(); //! 獲取當(dāng)前任務(wù)的task
- 然后，通過
thisTask，獲取對應(yīng)的threads信息以及threadCount。
kern_return_t kr = task_threads(thisTask, &threads, &threadCount); //! 通過thisTask，獲取threads以及threadCount。
- 同時，檢查是否獲取成功，
KERN_SUCCESS = 0代表成功，其他有對應(yīng)的錯誤碼有52種。
if (kr != KERN_SUCCESS) { //! 檢查是否成功，KERN_SUCCESS = 0 代表成功，其他有對應(yīng)的錯誤碼有52種。
return;
}
- 最后，遍歷當(dāng)前任務(wù)內(nèi)所有存活的線程，查看每條線程的信息。
每當(dāng)有線程的CPU使用率（cpu_usage）超過指定閾值，就將當(dāng)前線程的調(diào)用堆棧存入數(shù)據(jù)庫。
//! 遍歷當(dāng)前任務(wù)內(nèi)存活的所有線程
for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
thread_info_data_t threadInfo; // 32位data
thread_basic_info_t threadBaseInfo;
mach_msg_type_number_t threadInfoCount = THREAD_INFO_MAX;
if (thread_info((thread_act_t)threads[i], THREAD_BASIC_INFO, (thread_info_t)threadInfo, &threadInfoCount) == KERN_SUCCESS) {
threadBaseInfo = (thread_basic_info_t)threadInfo; // 獲取線程的信息
if (!(threadBaseInfo->flags & TH_FLAGS_IDLE)) {
integer_t cpuUsage = threadBaseInfo->cpu_usage / 10; // CPU最大usage為1000，因此除10即可獲得CPU當(dāng)前的利用率。
if (cpuUsage > CPUMONITORRATE) { // 超過設(shè)定的閾值時，記錄堆棧
//cup 消耗大于設(shè)置值時打印和記錄堆棧
NSString *reStr = qiStackOfThread(threads[i]);
QiCallStackModel *model = [[QiCallStackModel alloc] init];
model.stackStr = reStr;
//記錄數(shù)據(jù)庫中
[[[QiLagDB shareInstance] increaseWithStackModel:model] subscribeNext:^(id x) {}];
NSLog(@"CPU useage overload thread stack：\n%@",reStr);
}
}
}
}
為了監(jiān)控的同時，又不影響App性能，故這個判斷用一個定時器，每3秒刷新一次即可。
//! 監(jiān)測 CPU 消耗
self.cpuMonitorTimer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:3
target:self
selector:@selector(updateCPUInfo)
userInfo:nil
repeats:YES];
源碼：QiLagMonitor
最后，本系列我是站在iOS業(yè)界巨人的肩膀上完成的，感謝戴銘老師精彩的技術(shù)分享。 祝大家學(xué)有所成，工作順利。
另附上，戴銘老師課程鏈接：《iOS開發(fā)高手課》，謝謝！
