【Simpleperf】Android的CPU分析，性能优化利器

很多时候，写代码是一件很爽的事情，但最后需要对APP进行瘦身、性能分析却是一件很棘手的事情。当需要对APP的性能进行分析时，Simpleperf是一个简单快捷的选择。

正文开始前，先奉上官方的资料：

什么是Simpleperf

Simpleperf是NDK软件包中提供的一种多功能命令行工具，方便为Android应用流程执行CPU分析。该工具可帮助找到使用Java、C/C++和Kotlin编写的应用的热点(所谓热点，也就是占用应用大部分执行时间的部分原生代码)。

也就是说，Simpleperf是NDK自带的工具，官方认证的CPU分析工具。

Simpleperf是Android平台的一个本地层性能分析工具。它的命令行界面支持与linux-tools perf大致相同的选项，但是它还支持许多Android特有的改进。

Simpleperf的获取路径：Google Git Simpleperf。

在页面内，可以直接压缩包下载，既可以选择NDK相对应的版本(R13~N21)，也可以选择master。建议直接选择NDK对应的版本即可。当然，也可以git直接拉取仓库。

git clone https://android.googlesource.com/platform/prebuilts/simpleperf

查看下载的simpleperf目录，可以看出：它的工具集包涵client端和host端；client端运行在Android系统上，负责收集性能数据；host端则运行在开发机上，负责对数据进行分析和可视化(这些可执行文件在下载后的bin文件夹的android和win/linux下)。

除了bin文件夹之外，最上层还有很多.py的脚本文件和.config的配置文件。这些脚本和配置文件主要是官方写的一些傻瓜式的使用脚本，只需要对配置文件进行配置，就可以在直接在开发机上直接运行脚本，一键生成最终的结果。

主要的脚本是：app_profiler.py和report.py两个。

脚本的主要内容，就是读取配置文件，然后执行adb shell ...的命令，其实本质上和命令行的输入没什么区别。但是，如果直接运行，不仅仅需要查看配置文件各个配置项的含义，还可能会出现许多意想不到的BUG，不太建议直接使用脚本，不得精髓啊。

Simpleperf的工作原理

现代的CPU具有一个硬件组件，称为性能监控单元(PMU)。PMU具有一些硬件计数器，计数一些诸如经历了多少次CPU周期，执行了多少条指令，或发生了多少次缓存未命中等的事件。Linux内核将这些硬件计数器包装到硬件perf事件(hardware perf events)中。此外，Linux内核还提供了独立于硬件的软件事件和跟踪点事件。Linux内核通过perf_event_open系统调用将这些都暴露给了用户空间。

Simpleperf具有三个主要的功能：stat、record和report。

Stat命令给出了在一个时间段内被分析的进程中发生了多少事件的摘要。以下是它的工作原理：

给定用户选项，simpleperf通过对linux内核进行系统调用来启用分析；
Linux 内核在调度到被分析进程时启用计数器；
分析之后，simpleperf从内核读取计数器，并报告计数器摘要。

Record命令在一段时间内记录剖析进程的样本。它的工作原理如下：

给定用户选项，simpleperf通过对linux内核进行系统调用来启用分析；
Simpleperf在simpleperf和linux内核之间创建映射缓冲区；
Linux内核在调度到被分析进程时启用计数器；
每次给定数量的事件发生时，linux内核将样本转储到映射缓冲区；
Simpleperf从映射缓冲区读取样本并生成perf.data

Report命令读取perf.data文件及所有被剖析进程用到的共享库，并输出一份报告，展示时间消耗在了哪里。

Simpleperf的使用

尽管不推荐使用一键脚本，但得益于Simpleperf的命令不多，使用起来也很简单快捷。

文件准备

将simpleperf可执行文件传输到Android设备上:

adb push 文件源地址 文件目的地址

可执行文件都存储在bin/android/目录下，可自行获取。

性能分析

在性能分析前，首先启动需要分析的APP，获取APP的进程号：

adb shell am start -n 包名/启动程序

adb shell pidof 包名

接下来，就可以使用命令三连击了：

adb shell

cd simpleperf所在目录

./simpleperf stat [options] [command [command-args]]

./simpleperf record [options] [command [command-args]]

./simpleperf report [options]

stat命令获取一段时间内已分析进程中发生的事件数摘要。最常使用的选项为：

./simpleperf stat -p 进程号 --duration 检测进程的持续时间(秒)

record命令记录一段时间内已分析进程的样本，这是simpleperf的主命令。最常使用的选项为：

./simpleperf record -p 进程号 -o 输出文件(默认perf.data) --duration 监测进程的持续时间(秒)

需要注意的是，如果出现Access to kernel symbol addresses is restricted的警告，需要使用一下命令来取消：

echo 0>/proc/sys/kernel/kptr_restrict

report命令读取perf.data文件(由simpleperf record创建)，并显示报告，表明花费时间的地方。最常使用的选项为：

./simpleperf report --dsos 选定动态共享对象(so库)  -f 记录文件(默认perf.data) --sort 用于排序和打印报告的键 -n

注意点：如果使用report命令进行查找的时候，发现so现实的Symbol都是地址，而不是函数内容。这多数是因为在安卓编译的时候，设备上使用的so库已经被strip过，也就是说，已经抛离了.symbol段的内容。

那么，我们需要将带有Symbol信息的so下载到设备上。同时需要将so放置到perf.data中记录的相同的路径(否则，simpleperf无法找到它)。

如果找不到路径，可以在perf.data文件中直接搜索需要选定的so库的名称，即可查看到路径。

示例流程

启动应用并进行分析：

adb shell simpleperf app_profiler -p com.example.myapp --duration 30 -o /sdcard/perf.data

adb shell simpleperf record -p 21226 -g --duration 10 -o perf.data
提取分析数据：

adb pull /sdcard/perf.data .
生成报告：

simpleperf report -i perf.data
生成图形化报告（可选）：

simpleperf report-html -i perf.data -o perf_report.html

通过以上步骤和命令，你可以使用 Simpleperf 有效地分析 Android 应用的 CPU 性能，并找到潜在的性能瓶颈。

python ./simpleperf/report_sample.py > out.perf

./FlameGraph/stackcollapse-perf.pl out.perf > out.folded

./FlameGraph/flamegraph.pl out.folded > out.svg

生成火焰图

谷歌官网下载Android NDK： https://developer.android.google.cn/ndk/downloads/

进入到android-ndk-r25b-linux/android-ndk-r25b/simpleperf

将上述生产的perf.data文件拉取出来放到这个同级目录下

adb pull /sdcard/perf.data

直接运行

python report_html.py -i ./perf.data -o ./perf.html

python ./simpleperf/report_sample.py > out.perf

./FlameGraph/stackcollapse-perf.pl out.perf > out.folded

./FlameGraph/flamegraph.pl out.folded > out.svg