調試 Android* x86 應用程式的方法以及要使用的工具

 

1.簡介

 

眾所周知，Android* 開發人員頭頂許多稱呼：設計員、程式猿等，並且通常會不可避免地被稱為故障檢修工。代碼中的錯誤無法避免，因此無論您是否一開始就造成錯誤，瞭解調試工具以及如何迅速而有效地跟蹤並解決錯誤都很重要。鑒於此，如今的 Android 開發人員必須掌握有效調試技巧。本文提供了 Android 應用程式調試工具的簡單教學，用於協助 Android SDK 以及相關工具的新手迅速入門，並在 Android x86 平台上更有效地解決故障。

2.SDK 應用程式調試工具

Android SDK 提供了試應用程式所需的大多數工具。如果希望進行諸如單步調試代碼、查看變數值以及暫停執行應用程式的操作，則需要相容 JDWP 的偵錯工具。如果使用 Eclipse，則已附帶相容 JDWP 的偵錯工具，無需設定。如果使用其它 IDE，則可使用其附帶的偵錯工具並將偵錯工具與特殊連接埠串連，使其可以和您裝置上的應用程式虛擬機器通訊。

如果使用 ADT（Android 開發工具）外掛程式在 Eclipse 中進行開發，則可使用內建的 Java* 偵錯工具並結合 DDMS（Dalvik 調試監測程式伺服器）來調試應用程式。為了便於訪問偵錯工具和 DDMS，Eclipse 以視圖形式顯示偵錯工具和 DDMS 功能，這些都是自訂的 Eclipse 視圖，根據您所在的視圖顯示特定選項卡和視窗。Eclipse 還可負責為您啟動ADB (Android Debug Bridge) 主機精靈，從而無需手動運行該工具。如果使用其他 IDE 進行調試，則可使用 Android SDK 提供的所有調試工具，例如 ADB、DDMS、Java 偵錯工具等。

圖 1. Dalvik 調試監測程式伺服器

藉助 DDMS，開發人員可查看進程的堆區使用方式、跟蹤對象的記憶體配置、使用模擬器或裝置的檔案系統、檢查線程資訊、擷取方法配置、使用網路流量工具（在 Android 4.0 中提供）、使用 LogCat 跟蹤代碼資訊以及類比手機操作和位置。如欲瞭解更多資訊，請參閱 http://developer.android.com/guide/developing/debugging/ddms.html。Android SDK 還提供 Hierarchy Viewer（層級觀察器）和 layoutopt（布局最佳化分析工具）協助開發人員調試布局問題。

Hierarchy Viewer 應用程式可讓您調試並最佳化您的使用者介面 (UI)。它以可視方式呈現布局的視圖層級（View Hierarchy 口），提供放大的顯示視圖（Pixel Perfect 視窗）。

圖 2. Hierarchy Viewer（層級查看器）

View Hierarchy視窗顯示形成您裝置上或模擬器上啟動並執行活動的 UI 的視圖對象。您可以用它在整個視圖樹的上下文中查看各個視圖對象。對於每個視圖對象，View Hierarchy 視窗還顯示渲染效能資料。在選擇節點時，視圖的額外資訊出現在節點上方的小視窗中。 在單擊其中一個節點時，可看到有關映像、視圖計數和渲染時間的資訊。

圖 3. 查看對象資訊視窗

Pixel Perfect 是一個工具，用於檢查像素屬性並通過設計圖排布使用者介面。Pixel Perfect 視窗顯示模擬器或裝置上可見的螢幕的放大映像。在該視窗中，可檢查螢幕映像中各個像素的屬性。也可使用 Pixel Perfect 視窗根據位元影像設計協助排布應用程式的使用者介面。

圖 4. Pixel Perfect 視窗

layoutopt 工具可讓您分析 XML 檔案，該檔案定義應用程式的使用者介面以查詢檢視表層級中的不當之處。要運行工具，可開啟終端並從 SDK 工具/目錄啟動 layoutopt 。 變數是以空格分隔的要分析的資源的列表，可以是未編譯的資源 xml 檔案或這些檔案的目錄。工具會載入指定的 XML 檔案並根據一組預定義的規則分析它們的定義和層級。 下面是來自工具的輸出樣本：

$ layoutopt samples/ samples/compound.xml 7:23 The root-level <framelayout> can be replaced with 11:21 This LinearLayout layout or its FrameLayout parent is useless samples/simple.xml 7:7 The root-level <framelayout> can be replaced with samples/too_deep.xml -1:-1 This layout has too many nested layouts: 13 levels, it should have <= 10! 20:81 This LinearLayout layout or its LinearLayout parent is useless 24:79 This LinearLayout layout or its LinearLayout parent is useless 28:77 This LinearLayout layout or its LinearLayout parent is useless 32:75 This LinearLayout layout or its LinearLayout parent is useless 36:73 This LinearLayout layout or its LinearLayout parent is useless 40:71 This LinearLayout layout or its LinearLayout parent is useless 44:69 This LinearLayout layout or its LinearLayout parent is useless 48:67 This LinearLayout layout or its LinearLayout parent is useless 52:65 This LinearLayout layout or its LinearLayout parent is useless 56:63 This LinearLayout layout or its LinearLayout parent is useless samples/too_many.xml 7:413 The root-level <framelayout> can be replaced with -1:-1 This layout has too many views: 81 views, it should have <= 80! samples/useless.xml 7:19 The root-level <framelayout> can be replaced with 11:17 This LinearLayout layout or its FrameLayout parent is useless</framelayout></framelayout></framelayout></framelayout>

 

Traceview 是執行日誌的圖形化查看器，這些日誌在您使用調試類記錄代碼中的跟蹤資訊時建立。Traceview 可協助您調試應用程式並概述其效能。Traceview 可載入記錄檔並在視窗中顯示其資料，該視窗 5 和圖 6 所示以兩個面板將您的應用程式可視化：

 

圖 5. 時間軸面板描述每個線程和方法何時開始和停止

圖 6. Profile（概要）面板提供方法中花費的所有時間的摘要。

dmtracedump 是一種工具，為您提供一種備選方式，用於從追蹤記錄檔檔案產生圖形調用棧圖。該工具使用 Graphviz Dot 公用程式建立圖形化輸出，因此您需要在運行 dmtracedump 之前安裝 Graphviz。dmtracedump 工具以樹圖形式產生呼叫堆疊資料，每個調用表示為一個節點。它使用箭頭顯示調用流程（從父節點至子節點）。圖 7 顯示了 dmtracedump 輸出的一個樣本。

圖 7. dmtracedump

3.NDK 應用程式調試工具

由於 Android NDK 基於 GCC 工具鏈，Android NDK 包含 GDB、GNU 偵錯工具，因而可讓您啟動、暫停、檢查和修改程式。在 Android 裝置上，GDB 配置為用戶端/伺服器模式，在嵌入式裝置上這種配置更為常見。程式在裝置上作為伺服器和遠程用戶端運行。開發人員的工作站與其串連，並發送與本地應用程式相似的調試命令。GDB 本身是一個命令列公用程式，如果手動使用會顯得較為繁瑣。幸好 GDB 可由大多數 IDE 尤其是 CDT 處理。從而可直接使用 Eclipse 來添加斷點並檢查程式，但前提是先正確配置它！

通過單擊文字編輯器的左端，Eclipse 確實可方便地用 Java 和 C/C++ 源檔案插入斷點。Java 斷點藉助 ADT 外掛程式可以立即使用，該外掛程式管理通過 Android Debug Bridge 進行的調試。但對 CDT 並非如此，CDT 並不能感知 Android。因此，插入斷點將不會有作用，除非我們配置 CDT 以使用 NDK 的 GDB，GDB 本身需要綁定至原生應用程式以對其進行調試。 在 NDK 版本中改善了對偵錯工具的支援（例如，之前不能調試純原生線程）。儘管 NDK 越來越適用，但 NDK R5（甚至包括 R7）還很不完善。但是，它仍然有用處！ 現在讓我們瞭解下如何調試原生應用程式。

首先通過以下步驟在我們的應用程式中啟用偵錯模式：
1）有一步操作很重要，但也很容易被忽略，那就是在 Android 項目中啟用調試標記。該操作在應用程式資訊清單 AndroidManifest.xml 中完成。請勿忘記對原生代碼使用適用的 SDK 版本：

...

 

2）在清單中啟用調試標記會自動以原生代碼啟用偵錯模式。但是，APP_OPTIM 標記也控制著偵錯模式。如果已在 Android.mk 中手動設定它，則檢查是否已設定其值以進行調試（並不發布）或直接刪除它：

APP_OPTIM := debug

 

 

3）現在讓我們配置將串連至裝置的 GDB 用戶端。重新編譯項目並插入裝置或啟動模擬器。運行然後離開應用程式。確保載入應用程式並且其 PID 可用。可通過使用以下命令（在 Windows 中使用 Cygwin）監聽進程來檢查它：

$ adb shell ps |grep gl2jni

 

 

應該會返回一行：

app_75 13178 1378 201108 68672 ffffffff 80118883 S com.android.gl2jni

 

 

4）開啟終端視窗並轉到項目目錄。運行 ndk-gdb 命令（位於 Android NDK 檔案夾，例如 android-ndk-r8）：

$ ndk-gdb

 

 

該命令不會返回訊息，但是會在 objlocal? 目錄建立三個檔案（對於 arm 裝置目錄為 objlocalarmeabi）：

 

• gdb.setup：這是為 GDB 用戶端產生的設定檔。
• app_process：該檔案直接從您的裝置檢索。其為系統可執行檔，在系統啟動時啟動，並可形成分支，啟動新的應用程式。GBD 需要該參考檔案來尋找其標記。在某些方面，其為您的應用程式的二進位輸入焦點。
• libc.so：該檔案也可直接從您的裝置檢索。其為 GDB 使用的 Android 標準 C 庫（通常稱為 bionic），用於保持跟蹤運行時期間建立的所有原生線程。

  5）在您的項目目錄中，複製 objlocal?gdb.setup 並將其命名為 gdb2.setup。開啟它並刪除請求 GDB 用戶端串連至運行於裝置上的 GDB 伺服器的以下行（將由 Eclipse 自身執行）：
  target remote :5039

  6）在 Eclipse 主菜單中，轉至“Run（運行）| Debug Configurations（調試配置）...”，並在名為 GL2JNIActivityDefault 的 C/C++ 應用程式項目中建立新的調試配置。該配置將在您的電腦上啟動 GDB 用戶端並串連至裝置上啟動並執行 GDB 伺服器。

  7）在 Main（主菜單）選項卡中，使用瀏覽按鈕，將項目設定為自己的項目目錄，將 C/C++ 應用程式設定為指向 objlocal x86app_process（可以使用絕對或相對路徑）。

  圖 8. 為 C/C++ 應用程式調試配置

  8）使用視窗底部的連結“Select other（選擇其他）...”，將啟動程式類型切換為“Standard Create Process Launcher（標準建立進程啟動程式）”：

  圖 9. 選擇首選啟動程式

  9）轉至偵錯工具檔案並設定偵錯工具類型為 gdbserver，將 GDB 偵錯工具設定為 android-ndk-r8 oolchains?-4.4.3prebuiltwindowsini686-android-linux-gdb.exe 或針對 arm 平台設定為 android-ndk-r8 oolchainsarm-linux-androideabi-4.4.3prebuiltlinux-x86inarm-linux-androideabi-gdb，針對 arm 平台將 GDB 命令檔案需求設定為指向位於 objlocal? 或 objlocalarmeabi 中的 gdb2.setup 檔案（使用絕對或相對路徑均可）。

  圖 10. 偵錯工具設定面板

  10）轉至 Connection（串連）選項卡並將類型設定為 TCP。主機名稱、IP 位址和連接埠號碼 (localhost d 5039) 都保留預設值。

  圖 11. 偵錯工具設定面板上的連結設定

  11）現在讓我們配置 Eclipse 以在裝置上運行 GDB 伺服器。複製 android-ndk-r8 dk-gdb 並用文字編輯器開啟它。尋找以下行：
$GDBCLIENT -x `native_path $GDBSETUP`

由於 GDB 用戶端將由 Eclipse 本身運行，因此對其進行注釋：

#$GDBCLIENT -x `native_path $GDBSETUP`

  12）在 Eclipse 主菜單中，轉到“Run（運行）| External Tools（外部工具）| External Tools Configurations（外部工具
配置）...”，並建立新配置 GL2JNIActivity_GDB。
該配置將在裝置上啟動 GDB 伺服器。

  13）在 Main（主菜單）選項卡上，將位置設定為指向 android-ndk-r8 中我們修改過的 ndk-gdb。 將工作目錄設定為您的應用程式目錄位置
也可設定 Arguments（變數）文字框：

  • Verbose：詳細查看 Eclipse 控制台中發生了什麼。
  • Force：自動終止之前所有會話。
  • start：讓 GDB 伺服器啟動應用程式，而不是在應用程式啟動之後串連至應用程式。該選項在您僅調試原生代碼而非 Java 代碼時有用。

    圖 12. 外部工具配置

    14）現在，和往常一樣啟動應用程式。

    15）一旦應用程式啟動，就可直接通過控制台啟動 ndk-gdb 或啟動外部工具配置 GL2JNIActivity_GDB，該配置將啟動裝置上的 GDB 伺服器。GDB 伺服器接收遠程 GDB 用戶端發送的調試命令，並在本地調試您的應用程式。

    16）開啟 jnigl_code.cpp 並通過雙擊文字編輯器的左端在 setupGraphics 中設定斷點（或按右鍵並選擇 Toggle breakpoint（切換斷點））。

    圖 13. 斷點設定

    17）最後啟動 GL2JNIActivity 預設 C/C++ 應用程式配置啟動 GDB 用戶端。它會通過通訊端串連將調試命令從 Eclipse CDT 中繼至 GDB 伺服器。從開發人員的觀點來看，這與調試本地應用程式很相似。

    也有一些專用工具用於調試圖形效能，例如 Intel® GPA System Analyzer 為英特爾® 圖形效能分析器（英特爾® GPA）之一，新增加了對於英特爾架構 Android 裝置的支援，並且專供應用程式和驅動程式工程師最佳化其 OpenGL* ES 工作量。

    該部分提供的資訊涉及如何配置英特爾 GPA 並通過 USB 串連將其用於您的 Android 裝置。在串連至 Android 裝置時，英特爾 GPA System Analyzer 提供 OpenGL ES API、CPU 和 GPU 效能標準，並通過提供多個圖形管線狀態重寫以協助分析 OpenGL ES 應用程式效能。

    要在基於 Android x86 的裝置上使用英特爾 GPA System Analyzer，需要從文檔檢查目標機器和韌體/版本。

    要開始收集標準，需要在用戶端系統上安裝英特爾 GPA System Analyzer 並將其串連至目標裝置：

    1）在 Windows*/Linux* 用戶端機器上安裝英特爾 GPA 2012 R3。

    2）啟動英特爾 GPA System Analyzer。

    3）確保 Android 裝置通過 USB 電纜連線至用戶端系統。

    4）在用戶端系統檢測目標裝置時，最多等待 10 秒。發現的裝置會出現在對話方塊視窗中。目標裝置的列表會每隔 5 到 6 秒重新整理一次。

    5）尋找要串連的裝置並單擊“Connect（串連）”。英特爾 GPA System Analyzer 會將所需的組件複製到目標裝置並產生已安裝應用程式的列表。可通過單擊“Stop（停止）”中斷串連進程。

    圖 14. 選擇互聯裝置

    6）從可用應用程式列表中選擇所需的應用程式。“Application List（應用程式列表）”螢幕顯示所有使用者以及 Android 裝置上安裝的所有系統應用程式。

    圖 15. 應用列表

    7）將會啟動應用程式並且您將在英特爾 GPA System Analyzer 視窗中看到其資料。

    8）要切換至不同應用程式，單擊“Back（返回）”。請注意，將強制關閉正在啟動並執行應用程式。

    9）要切換至不同目標，單擊“Back（返回）”。
PowerVR 顯卡架構由以下核心模組構成，這些模組可將提交的 3D 應用程式資料轉換為渲染的圖形：Tile Accelerator (TA)、Image Synthesis Processor (ISP) 以及 Texture & Shading Processor (TSP)。“GPU” 組中的英特爾 GPA 標準對應這些核心模組之一，“Metrics List（標準列表）”中標準的順序取決於圖形管線中核心模組的順序。

    圖 16. Intel GPA System Analyzer 視窗

    Perf 是自 Linux 版本 2.6.30 起 Linux 中很有用的一個工具，可同時用於與硬體和軟體相關的效能分析。儘管 Android 基於 Linux 構建，但和不包含其他 Linux 組件和庫一樣，它也不包含 perf。您必須將靜態構建的 perf 推送至其中。如果您已有該工具，只需將其置於 /system/bin/ 下，就可有效發揮其作用。有關 perf 的簡短說明、基本用法和教程，可訪問https://perf.wiki.kernel.org/index.php/Main_Page。
藉助 traceview，開發人員可擷取 Java 代碼的效能資訊；藉助 perf，開發人員可擷取有關原生和系統級代碼的效能資訊， 17 中所示。

    圖 17. 效能統計資料

    圖 18. 函數調用棧

    UxTune 是一個工程工具，用於 Android 使用者互動分析和最佳化。它是一種增強 pyTimeChart 工具。
UxTune 設計特性包括：

    • 垂直相關：將跨層的系統事件映射至使用者層級活動，例如事件、手勢、幀等。
    • 水平相關：將不同系統實體間的運行時活動（例如一個線程觸發記憶體回收）關聯。
    • 基於 pyTimeChart 的可視化。

      要使用 UxTune 分析響應能力，開發人員需要熟悉 Android 系統的某些重要進程（在 pyTimeChart 中顯示為行），即：

      1. InputReader 行：該行以觸摸座標顯示所有觸摸事件。事件將發送至 InputDispatcher。
      2. InputDispatcher 行：InputDispatcher 將把連續的觸摸事件打包，並將該包發送至應用程式的 uiThread。
      3. uiThread 行：該行顯示從 InputDispatcher 收到的包的主要觸摸事件。uiThread 將根據特定操作繪製（渲染）其表面。 “D” 表示繪製進程。
      4. Surface 行：uiThread 在繪製開始時鎖定其表面，並在繪製完成後解鎖表面。“S” 和 “E” 表示應用程式渲染的開始和結束。
      5. SurfaceFlinger 行：在完成應用程式渲染後，應用程式將通知 SurfaceFlinger 合成並更新螢幕。“S” 表示 SurfaceFlinger 開始處理應用程式請求，而 “E” 表示合成完成（框架緩衝區交換完成）。

         圖 19. UxTune 分析視窗

         Meter-FPS 是一個工具，用於測量系統的 FPS 值，它會截取顯卡處理路徑以獲得每幀的記錄，還包含其他標準，例如最大幀時間、幀時間變化、#長時幀和掉幀率。fps 監控器有兩種模式。Real Time Pattern（即時模式）可即時顯示所有正在啟動並執行應用程式的 fps。Measure Pattern（測量模式）可在使用者定義的啟動和停止時間測量 fps 和其他參數。要使用該工具，必須取得裝置最高許可權。
設定環境：
setprop debug.graphic_log 1
stop zygote
start zygote

         圖 20 顯示了配置介面，開發人員可在其中為偵錯目標組態工具。

         20. Meter-FPS 配置

         在 Real Time（即時）模式中單擊監控器按鈕。fps 工具將監控所有正在啟動並執行應用程式，並在螢幕上的浮動視窗中更新 fps。

         圖 21. Meter-FPS 即時模式

         在 Measure（測量）模式中單擊監控器按鈕。將顯示一個浮動視窗，其中顯示“Click to start（單擊以開始）...”；單擊浮動視窗開始監控。

         圖 22. Meter-FPS 即時模式 1

         現在測量模式正在運行：

         圖 23. Meter-FPS 即時模式 1

         單擊浮動視窗停止監控；其將顯示結果：

         圖 24. Meter-FPS 分析結果清單

         單擊上面列表中的每個項目以擷取詳細記錄：

         圖 25. Meter-FPS 分析詳細記錄

         參考：

         http://developer.android.com/guide/developing/debugging/index.html
         http://www.eclipse.org/sequoyah/documentation/native_debug.php
         http://mhandroid.wordpress.com/2011/01/23/using-eclipse-for-android-cc-development/
         http://mhandroid.wordpress.com/2011/01/23/using-eclipse-for-android-cc-debugging/
         http://packages.python.org/pytimechart/userguide.html
         https://perf.wiki.kernel.org/index.php/Main_Page

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           Xiaodong Wang 是英特爾軟體及服務事業部的應用工程師。 他專註於採用 Android 作業系統的基於英特爾的平台的 ISV。 Xiaodong 提供支援人員的 PRC Plus 項目（Android 平板電腦 ISV 啟用）成功啟用了前 50 個 NDK 應用程式作為技術介面。最近 Xiaodong 參與了英特爾的數個創新項目，並在開發過程中扮演重要角色。尤其是其中一個項目被選為英特爾資訊技術峰會的示範項目，而 Xiaodong 成功地提供了支援人員。 在加入英特爾之前，Xiaodong 在 MediaTek 進行有關架構和應用程式開發的工作。Xiaodong 是北京大學碩士，並在作為訪問學者在新加坡南洋大學進行研究期間，在《IEEE 電腦彙刊》上發表了一篇技術論文。他感興趣的領域為移動互連網技術（例如 LBS、NFC AR 等）以及創新設計。

            

           聲明

            

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