[Android] 深入浅出Android App耗电量统计

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前言

在Android统计App耗电量比较麻烦，直至Android 4.4，它仍没公开“电量统计”API或文档……额，是的，仅没有公开，并不是没有。平时在手机“设置- 电量”看到的数据

就是系统调用内部API的统计结果。

基础概念

    1. 手机由众多“部件”组成，所谓“部件”是指：CPU，WIFI，GPS....所以，Android App消耗总电量为 App运行过程中，涉及各部件的消耗电量的总和。

    2. 假设运行App导致CPU运行，时间：t，CPU单位时间消耗电量：w，则App的CPU耗电量为：W = w*t，而有物理公式 W = U*I*t（U：电压值，I：电流值），在手机中，一般U恒定不变，所以，可以单独通过 Q（电容量，单位: mAh）= I * t 表示电量。

 

系统源码分析

核心源码：/packages/apps/Settings/src/com/android/settings/fuelgauge/PowerUsageSummary.java

核心类：

- BatteryStatsImpl：提供App各部件运行时间。

- PowerProfile：提供部件电流数值。

问题：

- Android怎样存储与读取App耗电量信息（即：BatteryStatsImpl数据怎么来的？）

- Android怎么存储部件电流数值（即：PowerProfile数据怎么来的？）

- Android具体耗电量计算方法

    1. Android怎样存储与读取App耗电量信息

（1）先看下PowerUsageSummary.java如何获取BatteryStatsImpl？

可见 BatteryStatsImpl 通过 系统服务“batteryinfo”获得。

（2）系统服务“batteryinfo”是什么玩意呢？（见：BatteryStatsService.java）

系统服务“batteryinfo”其实就是BatteryStatsService，而BatteryStatsService“唯一的”构造函数提供了一个很重要的信息：filename！

（3）BatteryStatsService在哪里创建？filename是什么？（见：ActivityManagerService.java）

filename文件是：/data/system/batterystats.bin，关于batterystats.bin，之前民间很多文章说它用作电池校正，但Android工程师Dianne Hackborn在google+上明确：

betterystats.bin文件仅仅是一个记录不同app使用电量的一个文件。

（4）再看看 BatteryStatsImpl(String filename) 构造函数（见：BatteryStatsImpl.java）

这里只做了些基本的初始化。真正载入betterystats.bin数据是在 （ActivityManagerService.java）mBatteryStatsService.getActiveStatistics().readLocked();

至此，Android怎样存储与读取App耗电量信息分析结束。

        总结：

        （1）ActivityManagerService 创建并初始化 BatteryStatsService，并传入耗电量记录文件batterystats.bin；

        （2）BatteryStatsService 在内部创建 BatteryStatsImpl 实例，并传入耗电量记录文件batterystats.bin；

        （3）ActivityManagerService 执行 mBatteryStatsService.getActiveStatistics().readLocked();导致 BatteryStatsService 的 BatteryStatsImpl 加载batterystats.bin数据；

        （4）在PowerUsageSummary计算App耗电量时，PowerUsageSummary从BatteryStatsService 中获取BatteryStatsImpl 实例，从而获得App的相关数据。

2. Android怎么存储部件电流数值

（1）比较简单，见 PowerProfile.java

PowerProfile读取资源 com.android.internal.R.xml.power_profile，并把数据加载到sPowerMap。

（2）com.android.internal.R.xml.power_profile在哪里？

在官方文档《Power Profiles for Android》明确了power_profile.xml位置：device///frameworks/base/core/res/res/xml/power_profile.xml。

下面是一个samsung的power_profile.xml：

字段含义见《Power Profiles for Android》。

（3）每个OEM厂商有自己独立的power_profile.xml配置

官方文档表明：OEM厂商应该有自己的power_profile.xml，因为部件（如：cpu, wifi…）耗电量应与具体硬件相关，这个只有OEM厂商清楚……

（4）PowerProfile关键API：

- public double getAveragePower(String type)：返回type的电流值（mA），type表示power_profile.xml中的某关键字（如：gps.on）。

- public double getAveragePower(String type, int level) ：返回type的电流值（mA），level表示xml中array的第几个value。

至此，Android怎么存储部件电流数值分析结束。

        总结：

        （1）Android部件电流信息存于：power_profile.xml

        （2）每个OEM厂商有私有power_profile.xml

        （2）PowerProfile读取power_profile.xml，并提供API访问部件电流数值。

3. Android具体耗电量计算方法

App耗电量统计：processAppUsage()

硬件耗电量统计：processMiscUsage()

processAppUsage()分析

【1】processAppUsage耗电量统计的 时间段 是？

关于统计的 时间段，BatteryStats有4个选项：

可见，processAppUsage 是 上一次拔掉设备后 ~ 至今 的App耗电量统计。

【2】processAppUsage 的统计对象真的是App？

具体的 统计流程 都在for循环里，额……所以processAppUsage真实统计粒度是Uid。

Uid与App关系：2个App签名和sharedUserId相同，则在运行时，他们拥有相同Uid。就是说processAppUsage统计的可能 是多个App的耗电量数据，对于普通App，出现这种情况的几率较少，而对于Android系统应用则较为常见。

【3】耗电量计算公式 - 部分1：计算Uid属下每个Process的耗电量数据，并求和。

          Uid_Power1 = （Process1_Power + … + ProcessN_Power）;

            Process_Power = （CPUSpeed_Time * POWER_CPU_ACTIVE）；

            

【4】耗电量计算公式 - 部分2：计算Uid的wake lock耗电量

这里，Android只计算了partial wake lock的耗电量。

Uid_Power2 = PartialWakeLock_Time * POWER_CPU_WAKE

            

【5】耗电量计算公式 - 部分3：计算Uid的数据流量（data traffic）耗电量

            Uid_Power3 = ( tcpBytesReceived + tcpBytesSent ) * averageCostPerByte

【6】耗电量计算公式 - 部分4：计算Uid WIFI耗电量。

Uid_Power4 = wifiRunningTimeMs * POWER_WIFI_ON

【7】耗电量计算公式 - 部分5：计算Uid其他传感器耗电量。

Uid_Power5 = （Sensor1_Power + … + SensorN_Power）

Sensor_Power = Sensor_Time * Power_Sensor

至此，App耗电量计算方法分析结束。硬件耗电量统计（processMiscUsage()）亦类似。

            总结App耗电量计算公式：

                Uid_Power（App耗电量，单位:mAh） = Uid_Power1 + Uid_Power2 + Uid_Power3 + Uid_Power4 + Uid_Power5

                    Uid_Power1 = （Process1_Power + … + ProcessN_Power）;

                        - Process_Power = （CPUSpeed_Time * POWER_CPU_ACTIVE）；

                    Uid_Power2 = PartialWakeLock_Time * POWER_CPU_WAKE              

                    Uid_Power3 = ( tcpBytesReceived + tcpBytesSent ) * averageCostPerByte

                    Uid_Power4 = wifiRunningTimeMs * POWER_WIFI_ON

                    Uid_Power5 = （Sensor1_Power + … + SensorN_Power）

                        - Sensor_Power = Sensor_Time * Power_Sensor

 

            说这么多，来一发……不，来一个统计耗电量的App吧，其实，之前已有人把这段Android系统代码抠出来，做了一个App，可以到 这里下载。

 

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            有一个好消息是：android5.0后，获取电量数据不用这么痛苦了，dumpsys batterystats数据中。包含：Estimated power use (mAh):，下面就是每个uid的耗电量，只要把app下所有uid耗电量加起来即可！