Android Graphics 显示系统 - Android Jank detection with FrameTimeline

news2024/10/7 14:29:35

“ 最近有公司同事在处理UI卡顿及FPS自动化监测的问题，我也顺便看了一点相关的内容，其中在Perfetto的官方说明文档中有一篇关于利用FrameTimeLine进行Jank监测的解读，个人觉得蛮有意思的，借助工具翻译该篇文章并加上本人拙劣的解读供大家把玩！”

注意：Android 12(S)以及更高版本的安卓系统的SurfaceFlinger中才有实现FrameTimeLine的逻辑。

/frameworks/native/services/surfaceflinger/FrameTimeline/

英文好且对Graphics知识有一定了解的，无需阅读拙作，直接读英文原文即可，地址：

https://perfetto.dev/docs/data-sources/frametimeline

01 前言

Jank/Janky直译就是劣质的、不可靠的。如果一个Frame被认为出现了Jank，则说明该帧图像没有按照调度器给出的预计时间显示到屏幕上，通常就是显示晚了。

Jank会造成什么影响呢？

不稳定的帧率 -- 比如正常是60fps，但因为Jank帧率可能只有50fps，导致画面不流畅;
延迟增加 -- 在一些实时性要求高的场景，画面可能延时几个vsync显示，比如视频播放时AV不sync;

怎么监测Jank呢？

FrameTimeline是SurfaceFlinger中的一个模块，用于监测Jank并报告Jank的来源。

02 APP Timeline

对于至少有一帧画面显示到屏幕上的应用，在抓取的Perfetto信息中会看到两个Timeline轨迹：Expected Timeline 和 Actual Timeline

Expected Timeline：预期时间线，每个切片表示应用程序渲染帧的时间。为了避免系统中出现janks，该应用程序预计将在此时间范围内完成。切片开始时间是Choreographer callback计划运行的时间。

Actual Timeline：这些切片表示应用程序完成帧的绘制（包括GPU工作）并将其发送给SurfaceFlinger进行合成所花费的实际时间。起始时间是Choreographer#doFrame或AChoreographer_vsyncCallback开始运行的时间。切片的结束时间表示 (gpu time, post time) 两者的最大值。post time是应用的帧发送到SurfaceFlinger的时间。

看到这里大家会不会有什么疑问或发现？

对于Case 2，比较符合常规理解，CPU和GPU的工作都做完了，即APP的一帧图片绘制完成了，然后才送到SurfaceFlinger去显示；

对于Case 1，GPU的绘制还没完成就先送去SurfaceFlinger了，这不会有问题吧？当然不会，这就是acquire fence的意义了，不熟悉的可以参考前面文章

Android Graphics 显示系统 - GraphicBuffer同步机制-Fence（二十）

我们看Android 14代码中，主要是哪里在等待acquire fence:

CLIENT合成时，会调用到RenderEngine::drawLayers方法来呼叫GPU完成合成工作，要等到layer的buffer准备好后才能开始合成工作，此时就要等待acquire fence。

/frameworks/native/libs/renderengine/skia/SkiaRenderEngine.cpp
ftl::Future<FenceResult> RenderEngine::drawLayers(...) {
    ......
    drawLayersInternal(std::move(resultPromise), display, layers, buffer, useFramebufferCache,
                       std::move(bufferFence));
    return resultFuture;
}

/frameworks/native/libs/renderengine/skia/SkiaRenderEngine.cpp
void SkiaRenderEngine::drawLayersInternal(......) {
    ...
    if (layer.source.buffer.buffer) {
        ATRACE_NAME("DrawImage");

        // if the layer's buffer has a fence, then we must must respect the fence prior to using
        // the buffer.
        if (layer.source.buffer.fence != nullptr) {
            waitFence(grContext, layer.source.buffer.fence->get()); // 等待acquire fence
        }
    ...
}

DEVICE合成时，layer的buffer连同其acquire fence会送到HWC，HWC合成前会等待acquire fence。以/external/drm_hwcomposer为例来看：