APP的性能监控方案：CPU、FPS、内存

线下监控

• Xcode Instruments
• 使用 Instruments 的 os_signpost API 来完成自定义的性能数据监控工具开发。

线上监控

原则

1. 监控代码不要侵入到业务代码中；
2. 采用性能消耗最小的监控方案。

监控内容

• CPU使用率
• FPS帧率
• 内存

CPU使用率

方案

APP对CPU使用率，等于APP中所有线程对CPU使用率的总和。

在iOS系统中，usr/include/mach/thread_info.h 里可以看到线程基本信息的结构体：

struct thread_basic_info {
  time_value_t    user_time;     // 用户运行时长
  time_value_t    system_time;   // 系统运行时长
  integer_t       cpu_usage;     // CPU 使用率
  policy_t        policy;        // 调度策略
  integer_t       run_state;     // 运行状态
  integer_t       flags;         // 各种标记
  integer_t       suspend_count; // 暂停线程的计数
  integer_t       sleep_time;    // 休眠的时间
};

实现

使用定时器，每2s去遍历所有线程，累加线程的cpu_usage字段的值，获得当前APP对CPU的使用率。

+ (integer_t)cpuUsage {
    thread_act_array_t threads; //int 组成的数组比如 thread[1] = 5635
    mach_msg_type_number_t threadCount = 0; //mach_msg_type_number_t 是 int 类型
    const task_t thisTask = mach_task_self();
    //根据当前 task 获取所有线程
    kern_return_t kr = task_threads(thisTask, &threads, &threadCount);
    
    if (kr != KERN_SUCCESS) {
        return 0;
    }
    
    integer_t cpuUsage = 0;
    // 遍历所有线程
    for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
        
        thread_info_data_t threadInfo;
        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) {
            // 获取 CPU 使用率
            threadBaseInfo = (thread_basic_info_t)threadInfo;
            if (!(threadBaseInfo->flags & TH_FLAGS_IDLE)) {
                cpuUsage += threadBaseInfo->cpu_usage;
            }
        }
    }
    assert(vm_deallocate(mach_task_self(), (vm_address_t)threads, threadCount * sizeof(thread_t)) == KERN_SUCCESS);
    return cpuUsage;
}

FPS监控

通过注册 CADisplayLink 得到屏幕的同步刷新率，记录每次刷新时间，然后就可以得到 FPS。

- (void)start {
    self.dLink = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(fpsCount:)];
    [self.dLink addToRunLoop:[NSRunLoop mainRunLoop] forMode:NSRunLoopCommonModes];
}

// 方法执行帧率和屏幕刷新率保持一致
- (void)fpsCount:(CADisplayLink *)displayLink {
    if (lastTimeStamp == 0) {
        lastTimeStamp = self.dLink.timestamp;
    } else {
        total++;
        // 开始渲染时间与上次渲染时间差值
        NSTimeInterval useTime = self.dLink.timestamp - lastTimeStamp;
        if (useTime < 1) return;
        lastTimeStamp = self.dLink.timestamp;
        // fps 计算
        fps = total / useTime; 
        total = 0;
    }
}

内存监控

WWDC：iOS Memory Deep Dive

phys_footprint是实际使用的物理内存。

内存信息存在task_info.h（完整路径 usr/include/mach/task.info.h）文件的task_vm_info结构体中，其中phys_footprint就是物理内存的使用，而不是驻留内存resident_size。结构体里和内存相关的代码如下：

struct task_vm_info {
  mach_vm_size_t  virtual_size;       // 虚拟内存大小
  integer_t region_count;             // 内存区域的数量
  integer_t page_size;
  mach_vm_size_t  resident_size;      // 驻留内存大小
  mach_vm_size_t  resident_size_peak; // 驻留内存峰值

  ...

  /* added for rev1 */
  mach_vm_size_t  phys_footprint;     // 物理内存
  ...

类似于对 CPU 使用率的监控，我们只要从这个结构体里取出 phys_footprint 字段的值，就能够监控到实际物理内存的使用情况了。

uint64_t memoryUsage() {
    task_vm_info_data_t vmInfo;
    mach_msg_type_number_t count = TASK_VM_INFO_COUNT;
    kern_return_t result = task_info(mach_task_self(), TASK_VM_INFO, (task_info_t) &vmInfo, &count);
    if (result != KERN_SUCCESS)
        return 0;
    return vmInfo.phys_footprint;
}