通過 Battery Historian 工具分析 Android APP 耗電情況

huansky發表於2021-03-16
BATAndroidAPP

電量統計模組概述

Android 從兩個層面統計電量的消耗，分別為 軟體排行榜 及 硬體排行榜。它們各有自己的耗電榜單，軟體排行榜為機器中每個 App 的耗電榜單，硬體排行榜則為各個硬體的耗電榜單。這兩個排行榜的統計是互為獨立，互不干擾的。

具體的說，耗電資訊在 設定 -> 電量 中能夠非常直觀的看到。注意，Android 所有功耗統計都是通過程式碼估算，沒有積體電路參與彙報。準確度取決於廠商 ROM 所提供的 power_profile.xml 檔案。由於不同廠商 power_profile.xml 準確度及原始碼有差異，因此不同手機、不同版本的資料可能有較大差異。

power_profile.xml 直接影響統計的準確度，並且此檔案無法通過應用修改。再次強調，Android 耗電估算沒有硬體的參與，全靠程式碼估算。

power_profile.xml 檔案位於原始碼下的 /framework/base/core/res/res/xml/power_profile.xml，部分內容展示如下：

  <item name="radio.scanning">0.1</item> <!-- cellular radio scanning for signal, ~10mA -->
  <item name="gps.on">0.1</item> <!-- ~50mA -->
  <!-- Current consumed by the radio at different signal strengths, when paging -->
  <array name="radio.on"> <!-- Strength 0 to BINS-1 -->
      <value>0.2</value> <!-- ~2mA -->
      <value>0.1</value> <!-- ~1mA -->
  </array>
  </array>
  <!-- Different CPU speeds as reported in
       /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/stats/time_in_state -->
  <array name="cpu.speeds">
      <value>400000</value> <!-- 400 MHz CPU speed -->
  </array>
  <!-- Current when CPU is idle -->
  <item name="cpu.idle">0.1</item>
  <!-- Current at each CPU speed, as per 'cpu.speeds' -->
  <array name="cpu.active">
      <value>0.1</value>  <!-- ~100mA -->
  </array>
  <array name="wifi.batchedscan"> <!-- mA -->
      <value>.0002</value> <!-- 1-8/hr -->
      <value>.002</value>  <!-- 9-64/hr -->
      <value>.02</value>   <!-- 65-512/hr -->
      <value>.2</value>    <!-- 513-4,096/hr -->
      <value>2</value>    <!-- 4097-/hr -->
  </array>

這就是在硬體層面統計時，直接參與運算的引數。無論是軟體耗電統計還是硬體耗電統計，都通過 BatteryStatsHelper 來進行彙總。BatteryStatsHelper位於 /framework/base/core/java/com/andorid/internal/os/BatteryStatsHelper.java 下。

軟體耗電統計

在 BatteryStatsHelper.java 中，有這麼一個方法：

 
    private void processAppUsage(SparseArray<UserHandle> asUsers) {
        final boolean forAllUsers = (asUsers.get(UserHandle.USER_ALL) != null);
        mStatsPeriod = mTypeBatteryRealtime;
 
        BatterySipper osSipper = null;
        final SparseArray<? extends Uid> uidStats = mStats.getUidStats();
        final int NU = uidStats.size();
        for (int iu = 0; iu < NU; iu++) {
            final Uid u = uidStats.valueAt(iu);
            final BatterySipper app = new BatterySipper(BatterySipper.DrainType.APP, u, 0);
 
            mCpuPowerCalculator.calculateApp(app, u, mRawRealtime, mRawUptime, mStatsType);
            mWakelockPowerCalculator.calculateApp(app, u, mRawRealtime, mRawUptime, mStatsType);
            mMobileRadioPowerCalculator.calculateApp(app, u, mRawRealtime, mRawUptime, mStatsType);
            mWifiPowerCalculator.calculateApp(app, u, mRawRealtime, mRawUptime, mStatsType);
            mBluetoothPowerCalculator.calculateApp(app, u, mRawRealtime, mRawUptime, mStatsType);
            mSensorPowerCalculator.calculateApp(app, u, mRawRealtime, mRawUptime, mStatsType);
            mCameraPowerCalculator.calculateApp(app, u, mRawRealtime, mRawUptime, mStatsType);
            mFlashlightPowerCalculator.calculateApp(app, u, mRawRealtime, mRawUptime, mStatsType);
 
            final double totalPower = app.sumPower();
            if (DEBUG && totalPower != 0) {
                Log.d(TAG, String.format("UID %d: total power=%s", u.getUid(),
                        makemAh(totalPower)));
            }
        }
        ... // code
    }

processAppUsage()方法中，一個應用的總功耗在這裡體現出來了：

  • cpu

  • Wakelock(保持喚醒鎖)

  • 無線電(2G/3G/4G)

  • WIFI

  • 藍芽

  • 感測器

  • 相機

  • 閃光燈

這些資料，將決定著你的應用在耗電排行榜中的位置，以及是否給予使用者警告高耗電。這些警告對於應用來說可能是致命的，使用者可能因此而解除安裝應用。

應用總功耗是上述八個統計值的和。這八個統計器同繼承自 PowerCalculator.java

具體來說，這八個耗電計算器的演算法分別如下：

 

耗電統計概述就如上所述。總的來說並不複雜，通過聚合八種不同方式的消耗，來得出總的耗電量，並給予使用者展示。

battery-historian 

概述

Battery Historian ，是谷歌出品的耗電分析器。通過 Battery Historian，可將匯出的 bugreport 檔案視覺化。在第一代的 Battery Historian 中，google 使用了 python 作為資料解析工具。拿到 bugreport 檔案後，通過終端執行 python 來生成視覺化的 html 檔案。這種方法使用起來較為麻煩，而且無法部署到伺服器。因此在第二代 Battery Historian，google 選擇了使用 docker 容器。現在完全不推薦使用第一代 Battery Historian，已經許久沒有維護了，而且功能過於簡陋。

需要注意的是 battery-historian 在使用時候不能在充電，同時確保裝置執行的 Android 版本是 5.0 及以上。

通過上面的描述，對 battery-historian 的功能有個大概的瞭解，下面進入到實戰。

獲取 bugreports

battery-historian 雖然功能強大，但是也是需要先提供資料的，其資料的獲取需要我們手動操作。下面介紹如何獲取 bugreports。

  • 1. 電腦連線上手機，斷開adb服務，adb作為一種連線的方式，有可能被其他的程式佔用，所以我們做電量記錄時要避免開啟很多可能衝突的東西
adb kill-server
  • 2. 重啟adb服務
adb devices || adb start-server

  • 3. Android也不記錄特定於應用程式的使用者空間wakelock轉換的時間戳。如果您希望Historian在時間線上顯示關於每個單獨喚醒鎖的詳細資訊，則應在開始實驗之前使用以下命令啟用完整喚醒鎖報告：

adb shell dumpsys batterystats --enable full-wake-history

  • 4. 採集報告前將battery統計狀態重置，重置命令結束後斷開usb，測試結束後用獲取報告命令匯出統計檔案包

adb shell dumpsys batterystats --reset
  • 5. 匯出電量，對於 7.0 系統以上的裝置運用：
adb bugreport bugreport.zip

adb bugreport > $HOME/Documents/bugreport.zip  // 指定到對應目錄下，具體分機型，可能會有些不一樣 

6.0 或更低版本：

adb bugreport  >  bugreport.txt

資料分析

獲取到資料後，接下去就是對資料進行分析了。

使用 battery-historian 是需要搭建環境的，由於搭建環境比較複雜， 可以借用別人搭好的線上環境：https://bathist.ef.lc/，點選開啟後，上傳資料，就會得到詳細的結果。

如圖所示Battery Historian圖表的一個例子：

其中標號的意義是：

  • 標號1：從下拉選單中新增其他指標；

  • 標號2：將滑鼠懸停在資訊圖示上可以檢視有關每個指標的詳細資訊，包括圖表中使用的不同顏色代表意義的介紹；

  • 標號3：將滑鼠懸停在某個條目上可以檢視該指標的更多詳細資訊，以及時間線上特定點的耗電量資訊；

這是整個手機狀態圖，包括手機電量，CPU 使用時長，wifi 訊號的強度，手機溫度變化等等，都在上面詳細的用圖表展示出來了。

Battery Historian除了能夠提供巨集觀的系統層面的資訊，還能夠提供針對指定App的視覺化資料和表格資訊，這表格主要資訊包括：

  • Device estimated power use等基本資訊

  • Networks Information：app網路資訊

  • Wakelocks：喚醒鎖資訊，一般和業務強相關

  • Services：服務資訊，檢視App開啟的services資訊

  • Process info：程式資訊

Battery Historian圖表下為資料分析，包括三個Tab，如下圖所示，可以檢視App更多資訊：

其中，標號所代表的意義是：

  • 標號1：System Stats 分組包含系統級別的資料，比如螢幕亮度等。這一欄顯示了系統發生的總體情況，可以用來測試是否存在外部影響事件；

  • 標號2：App Stats分組包含針對指定APP的詳細資訊；

  • 標號3：可以根據不同的分類標準對APP進行排序；

  • 標號4：在下拉選單中選擇指定的APP後可在App Stats中檢視具體資訊，App Stats所展示的都是所選定App產生的資料，不會受到外部因素的影響；

下面看看具體某個手機的資料，比如百度APP應用的資料，在右邊選擇對應的 APP，左邊就會展示當前 APP 的電量，網路等情況。

  

bugreport 檔案分析

前面是通過 Battery History 對 bugreport 的檔案進行了分析，那如果我們想自己分析呢？因此，在這裡有必要了解下 bugreport 的檔案內容。

  • 電量統計資訊起始，包含 reset 時間，程式資訊等

  • 下面是距離上次充電後的資料統計：

  • 每個 APP 電量使用情況，通過 Uid 來標識APP

 可以通過關鍵字下面的關鍵字來尋找相關資訊。

DUMP OF SERVICE

通過該關鍵字可以查到 wifi， 網路， activities 等等的資訊。

 

參考文章

1、開發者大殺器 —— Battery Historian，刨根問底，揪出 Android App 耗電的元凶程式碼

2、Android耗電量 - bugreport & Battery Historian

相關文章