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GPU负载分析

16 min read

GPU负载分析

GPU负载抓取

参考CPU/GPU负载—抓取—分析文档 ，用snapdragon profiler进行抓取

GPU负载分析

分析工具

snapdragon profiler

Snapdragon Profiler 使用入门

Snapdragon GPU性能指标分析脚本说明

两个浅紫色flush Markers之间就为一次flush的结果，大多数情况下，我们可以粗略的认为两次flush之间为一帧，这里的surface对应duration就是这一帧抓取进程process的GPU耗时，一般可以用surface的耗时来衡量本次GPU性能。

两个flush markers间，可能存在多个surface

Renderdoc

下载&编译

💡 下载地址 官方版本： https://github.com/baldurk/renderdoc 小米版本： https://git.n.xiaomi.com/dongjunjun1/renderdocproject 建议使用小米版本，官方版本无法抓取systemui、home等系统APP，并且不支持external texture，小米版本找@董军军开通下载权限

💡 编译方式：参考官方renderdoc编译方式：https://github.com/baldurk/renderdoc/blob/v1.x/docs/CONTRIBUTING/Compiling.md windows编译： Windows下编译小米版本RenderDoc ubuntu&mac可直接参考这篇： https://blog.csdn.net/goodnight1994/article/details/124843115

💡 原理介绍： renderdoc流程分析 renderdoc 相关

使用方式

可参考：https://blog.csdn.net/chqj_163/article/details/114361661

准备工作

编译后打开renderdoc，主界面如下：

💡 要抓取的应用需要是debugable的，或者需要root权限

💡 目前仅支持gles抓取，因此需要切换成gles： adb shell setprop persist.sys.vk_mode_enabled false adb shell setprop debug.hwui.renderer skiagl

连接应用
  • 点击左下角选择连接的手机，会在手机上自动安装RenderDoc的Android App，保持手机常亮。

  • 成功连接后会是如图显示

  • 选择Launch Application窗口，选择Executable Path，在弹出的窗口中选择你要连接的包名，ok之后点击Launch按钮

❗ 注意！如果是特殊系统应用，如systemui、home、个人助理，Executable Path无法显示包名，直接输入包名即可（需要用小米的renderdoc）

Launch成功后显示如图

截帧
  • 首先准备好需要抓帧的场景
  • capture x Sequential Frame(s)用来选择抓帧数，直接修改数字即可，目前单次上限是可连续抓100帧，点击Capture Frame 截帧

  • 点击后，开始在手机上操作场景，成功后双击截出的帧，等待加载完数据，就可以开始分析了。当然你也可以右键保存到本地，这样方便下次分析。

分析帧
窗口简介

RenderDoc中全部窗口如下：

Event Browser

主要用来查看以及选择DrawCall调用，我们分析的单位也是从DrawCall分析。选中单一的DrawCall，其他窗口也会有对应的改变显示，因此在glDrawElements之间跳动，可以很方便的查看到这次Drawcall具体作用。同时点击1处的时钟图标，会在2处显示调用的消耗时间。

Texture Viewer

主要用来查看纹理显示，我们可以用它来查看在Event Browaser中选中的DrawCall或者Pass的输入和输出纹理。 2中是输入纹理，3中是输出纹理，在其中选中一个纹理，可以在4中放大显示。点击1按钮可以保存纹理。

在纹理小窗口中右键弹出一些选项，可以看到这个纹理在哪些DrawCall中使用，点击可以Event Browaser中选中对应的DrawCall。 例如我在一次截帧中顺序选中两个DrawCall。

对比发现第二个DrawCall画的是妙播的左按钮。

Pipeline State

主要用来查看渲染管线过程，是一个使用很频繁的窗口。（下面以控制中心的圆角背景举例）

  • VTX（Vertex Input）

VTX窗口主要用来查看输入的顶点（包括格式，大小等等）。

  • VS（Vertex Shader） 这个就是顶点着色器

因为基本的上不在顶点着色器中做采样操作，所以这里的纹理和采样器是空的，但是因为后面的PS（像素着色器）和这里基本上是一样的显示和操作，我就点击Show Disabled Items（下图中1处按钮）强行显示出来这个ShaderProgram使用到的纹理和采样器（一般情况下不需要开这个），PS处就不再细介绍了。

  • 2处显示的是ShaderProgramma，可以看到Shader的名字，点击会调到Resource界面，可以看到更详细的内容，后面再介绍。点击View按钮可以看到具体的shader代码，如图。

分别是VShader的代码和VS的输入和输出。在Mesh View 能看到更详细的Mesh数据，这个后面再介绍。

  • 3处是VS用到的纹理，可以看到纹理类型，大小，格式等。点击箭头可以在Texture View看到纹理显示，点击资源按钮可以在Resource Inspector中查看。一般来说箭头按钮表示有更详细的信息，资源按钮表示在Resource Inspector有更多的信息。
  • 4处是采样器，可以看到采样纹理的环绕方式（Addressing），过滤方式（filter）等。
  • 5处是VS用到的一些Uniform变量，点击箭头可以看到具体的变量和内容。

  • FS（Fragment Shader）(Pixel Shader) 像素着色器

操作显示和VS差不多

  • FB（FrameBuffer）

这个窗口主要关注Alpha混合（是否开启，以及混合模式等），Z-Test（深度测试是否开启，测试函数等等），Stencil Test（模板测试）

Mesh Viewer

这个窗口主要是用来查看VertexShader中输入输出的顶点数据，一般关注输出的就行。

  • 2中的就是输入的顶点数据，3中是输出的顶点数据，4是你输入的Mesh预览，在2中选中任意一个顶点在4中都会以蓝色高亮显示，并且以红色高亮显示当前顶点所在的三角形。
  • 在2中选中任意以后，点击1出按钮，可以导出Mesh数据，一般导出成CSV格式，可以根据顶点数据自己生成模型去做测试。
API Inspector

主要用来查看该条drawcall一些切换渲染状态的API调用。

展开后，能看到具体的资源，点击可以跳转到Resource Inspector查看。

Timeline

查看这一帧的时间轴

小旗子表示当前选中的DrawCall。 当我们在TextureViewer中选中一张纹理，时间轴下面会有一些不同颜色的小三角形。

表示这张纹理在这一次DrawCall被读，写，读写，或者清除。

Resource Inspector

查看这一帧中所有的资源。

  • 在1中可以查看到所有引用到这一个资源的的EID，点击可以跳转到Event Brower中选中。
  • 2中是初始化这个资源调用的一些OpenGL API，以及调用API传递的参数。（注意这里只是初始化参数，后面改了的话这里也不会改，例如Shader传了不同的Uniform参数，这里看到的也只是第一次的，所以要看真正的值还是要在在PIpeline State中查看。）
  • 3中是所有的资源列表。

分析方法

overdraw过度绘制

💡 参阅资料： https://developer.android.com/topic/performance/rendering/inspect-gpu-rendering https://developer.android.com/topic/performance/rendering/overdraw

开发者选项选择调试GPU 过度绘制

Android 将按如下方式为界面元素着色，以确定过度绘制的次数：

  • 真彩色：没有过度绘制
  • 蓝色：过度绘制 1 次

  • 绿色：过度绘制 2 次

  • 粉色：过度绘制 3 次

  • 红色：过度绘制 4 次或更多次

💡 通过该功能，已经可以辨别出布局中何处出现了过度绘制，可以采取以下措施来减少甚至消除过度绘制：

  • 移除布局中不必要的背景。
  • 使视图层次结构扁平化。
  • 减少透明度渲染。 部分过度绘制是不可避免的，在优化应用的界面时，应尝试达到大部分显示0-2次过度绘制（蓝色）的视觉效果。
  1. case1 --- 小部件中心

如上，该界面存在较多的过度绘制，首先可以通过Layout Inspector查看布局是否存在不必要的背景

更进一步，用renderdoc抓帧小部件，查看overdraw来源

可以看到，每个控件绘制了两次阴影，导致了严重overdraw。

💡 小tips： 类似阴影、透明度等不能直观查看其绘制区域的效果，可以在renderdoc里修改shader，比如调成红色来查看其区域，判断会不会相交 方式如下：

找到main函数，修改输出如：

这时候阴影就变成红色了，可以看到其边界

绘制负载优化

  1. case2 --- 通控切换

renderdoc抓帧，发现通控切换时会多一个renderpass

原因是通知栏条目的容器alpha发生变化，alpha小于1，创建了一个离屏

通过trace也可以看出：

在通控切换时，每帧都会重新渲染该view，因此这种情况下，离屏的开销比正常渲染的开销要大

💡 将视图设置为半透明时，该视图会在屏幕外缓冲区渲染，导致所需的填充率翻倍。 关于Alpha透明度的绘制是比较耗时的，一个主要的原因是Alpha图层绘制需要进行两次绘制：

  • 第一次是创建硬件缓冲区，然后绘制不透明的画面
  • 第二次是对alpha通道的颜色进行混合，丢弃硬件缓冲区的是不透明画面 参考视频：https://www.youtube.com/watch?v=wIy8g8yNhNk

原因如下图所示，左侧是Android混合优化的效果，右侧是叠加的效果，当存在叠加时，如果不做离屏，多层view叠加渲染会导致非透明度叠加，进而导致靠近底层的绘制越来越模糊，为了解决此类问题，Android需要对视图进行混合，而不是简单的叠加。

如何优化？

  1. 减少透明度渲染的次数，或减少透明度渲染区域

如最近任务退出时，给全屏的view设置了alpha，用于做退出的透明渐变动画，而如果将alpha改为只对按钮做动画，背景用argb设置颜色，透明导致的成本会大大降低

  1. 复写hasOverlappingRendering
class MyView extends View {
 
    @Override
    public boolean hasOverlappingRendering() {
        return false;
    }
}

对于明确不需要剔除叠加效果的View，即便是存在半透明效果的情况下，直接让其返回false，通知渲染器不需要叠渲染，因此也不会进行混合渲染。这种方式直接告诉渲染器不进行混合，因此不会创建硬件缓冲区。

适用于两种情况：

  • View不存在叠加，只有一层View存在color或者drawable的情况
  • View存在叠加，但不准确的alpha叠加效果可以接受

绘制性能对比:

  1. 善用hardwareLayer

上文也提到了，alpha产生的离屏，在通控切换场景下开销比不离屏要大，那什么情况下应该使用离屏？

以demo举例，点击按钮，做一个位移动画

通过renderdoc抓取，每帧都需要对这三个矩形及其阴影进行重绘

使用缓冲进行优化：

通过renderdoc抓帧可以看到，单帧多了一个renderpass，但只会绘制一次，之后的动画流程只需要贴图即可，除非内容重新创建或修改

❗ 1. 别忘记，在动画结束后，通过setLayerType(View.LAYER_TYPE_NONE, null); 关闭优化 2. 假如view设置了clipchildren/clippadding，需要注意设置离屏的区域是否会裁切如阴影等效果，如会裁切需要调整区域，或不能使用 3. 使用hardware layer对内存有一定影响，需要考虑内存增长是否在可接受的预期范围

GPU抢占

测试提供的GPU负载数据中有sdp文件，用snapdragon打开后，观察surface负载高占比，是否为抢占导致

如何分析抢占？

正常app创建时，优先级是默认的，而surfaceflinger和systemui有重新设置优先级，按优先级顺序为：

surfaceflinger>systemui>普通app

  1. 通过trace查看抢占来源

因此，在遇到抢占时，可以通过trace，查看这几个进程的 GPU Completion ，是否存在叠加态，来粗略判断是谁进行的抢占操作，如：

判断为surfaceflinger gpu合成抢占

遇到抢占导致的负载高问题，需要抢占方和app本身优化负载

  1. 通过GPU分析工具

GPU分析工具使用说明

Graph View