級別：★☆☆☆☆
標簽：「iOS」「性能監控」「工具」「CPU」
作者： 647
審校： QiShare團隊

前言：
最近，在看戴銘老師關于 “性能監控” 相關的技術分享，感覺收獲很多。基于最近的學習，總結了一些性能監控相關的實踐，并計劃落地一系列 “性能監控” 相關的文章。
目錄如下：
iOS 性能監控（一）—— CPU功耗監控
iOS 性能監控（二）—— 主線程卡頓監控
iOS 性能監控（三）—— 方法耗時監控

本篇將介紹iOS性能監控工具（QiLagMonitor）中與 “CPU功耗監控” 相關的功能模塊。

一、了解CPU架構

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 ：負責一些運算操作。（運算）
控制器 ：負責發出CPU每條指令所需的信息。（發指令）
寄存器 ：負責存儲運算過程或者指令操作的一些臨時文件。（存數據）

CPU有“處理指令”、“執行操作”、“控制時間”、“處理數據”四大作用。與我們人體的大腦類似，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架構有ARM（arm64）和Intel（x86）等等。
（PS：關于ARM與intel的區別可以查看這篇博客）

問：那么對于我們iPhone而言，有哪些CPU架構呢？

目前，市場上大部分的iPhone都是基于arm64架構。

因為arm架構有著功耗低的特點，因此廣泛應用在移動設備領域。（intel雖然性能好，但功耗高。因此失去了移動端領域的市場份額。）

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。它會迅速算出當前屏幕的所有像素，并在顯示器上繪制出來。

二、iOS如何監控CPU功耗？

說一下QiCPUMonitor的大致實現思路。

• 首先，獲取當前的任務task。從任務task中獲得當前所有存活的線程信息。
  這時，我們就拿到了當前任務所有存活的 “線程信息”（threads） 和 “存活的線程個數”（threadCount） 。

• 然后，設置一個預定的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超過預定閾值，就 “存儲” 當前線程的調用的堆棧信息。

三、QiCPUMonitor的具體實現

• 首先，介紹一下存儲單個線程信息的結構體thread_basic_info。

struct thread_basic_info {
        time_value_t    user_time;      // 用戶運行時長
        time_value_t    system_time;    // 系統運行時長
        integer_t       cpu_usage;      // CPU使用率（理論上限為1000）
        policy_t        policy;         // 調度策略
        integer_t       run_state;      // 運行狀態
        integer_t       flags;          // 各種標記
        integer_t       suspend_count;  // 暫停線程的計數
        integer_t       sleep_time;     // 休眠時間
};

• 其次，聲明三個變量：threads、threadCount、thisTask。

分別表示：

    thread_act_array_t threads;               //! 一個數組，用來記錄當前任務下的所有線程。
    mach_msg_type_number_t threadCount = 0;   //! 一個數，該參數用來記錄線程的個數。
    const task_t thisTask = mach_task_self(); //! 獲取當前任務的task

• 然后，通過thisTask，獲取對應的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，其他有對應的錯誤碼有52種。
        return;
    }

• 最后，遍歷當前任務內所有存活的線程，查看每條線程的信息。
  每當有線程的CPU使用率（cpu_usage）超過指定閾值，就將當前線程的調用堆棧存入數據庫。

    //! 遍歷當前任務內存活的所有線程
    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當前的利用率。
                if (cpuUsage > CPUMONITORRATE) { // 超過設定的閾值時，記錄堆棧
                    //cup 消耗大于設置值時打印和記錄堆棧
                    NSString *reStr = qiStackOfThread(threads[i]);
                    QiCallStackModel *model = [[QiCallStackModel alloc] init];
                    model.stackStr = reStr;
                    //記錄數據庫中
                    [[[QiLagDB shareInstance] increaseWithStackModel:model] subscribeNext:^(id x) {}];
                    NSLog(@"CPU useage overload thread stack：\n%@",reStr);
                }
            }
        }
    }

為了監控的同時，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。

    //! 監測 CPU 消耗
    self.cpuMonitorTimer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:3
                                                             target:self
                                                           selector:@selector(updateCPUInfo)
                                                           userInfo:nil
                                                            repeats:YES];

源碼：QiLagMonitor

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