Android进程绑核方案

在Android系统中，给进程绑核（将进程绑定到特定的CPU核心）是一种高级的性能优化技术。通过合理的绑核操作，可以提高应用程序的性能和响应速度。本文将详细介绍如何在Android系统中实现进程绑核。

基本概念¶

什么是绑核¶

绑核是指将进程或线程绑定到特定的CPU核心上，使其只能在指定的核心上运行。这可以减少进程在不同核心之间切换的开销，从而提高性能。

绑核的意义¶

提高性能：减少进程在不同核心之间切换的开销。
优化资源使用：在多核系统中，合理分配进程到不同的核心可以提高整体系统的资源利用率。
降低延迟：对于实时性要求较高的应用，绑核可以减少调度延迟。

绑核方案¶

进程自己绑核¶

可以在应用程序的代码中，通过JNI调用本地方法来实现绑核。这种方法适用于开发者希望在应用层面进行性能优化的场景。

public class MyApplication extends Application {
    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();
        bindProcessToCpu(0); // 绑定到CPU 0
    }

    private void bindProcessToCpu(int cpuId) {
        nativeBindProcessToCpu(cpuId);
    }

    static {
        System.loadLibrary("native-lib");
    }

    private native void nativeBindProcessToCpu(int cpuId);
}

对应的JNI实现：

#include <jni.h>
#include <sched.h>
#include <unistd.h>

JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_example_myapplication_MyApplication_nativeBindProcessToCpu(JNIEnv *env, jobject thiz, jint cpu_id) {
    cpu_set_t cpuset;
    CPU_ZERO(&cpuset);
    CPU_SET(cpu_id, &cpuset);
    sched_setaffinity(getpid(), sizeof(cpu_set_t), &cpuset);
}

在Zygote进程中绑核¶

在Zygote进程的SpecializeCommon函数中进行绑核操作，可以确保所有从Zygote fork出的子进程都被绑定到指定的CPU核心。

// 在Zygote的SpecializeCommon函数中
void SpecializeCommon(...) {
    // 其他初始化代码

    // 进行绑核操作
    cpu_set_t cpuset;
    CPU_ZERO(&cpuset);
    CPU_SET(target_cpu_id, &cpuset); // target_cpu_id是你希望绑定的CPU
    sched_setaffinity(getpid(), sizeof(cpu_set_t), &cpuset);

    // 继续其他初始化代码
}

system_server进程的某个服务绑核¶

在 ActivityManagerService 中实现对特定应用进程的绑核。

// 在ActivityManagerService中
private void bindProcessToCpu(int pid, int cpuId) {
    nativeBindProcessToCpu(pid, cpuId);
}

private native void nativeBindProcessToCpu(int pid, int cpuId);

// 在合适的地方调用这个方法
private void adjustAppThreadPriority() {
    int pid = ...; // 获取进程ID
    bindProcessToCpu(pid, 1); // 绑定到CPU 1
}

JNI的代码还是这样的：

// frameworks/base/services/core/jni/com_android_server_am_ActivityManagerService.cpp

#include <jni.h>
#include <sched.h>
#include <unistd.h>

JNIEXPORT void JNICALL
android_server_am__ActivityManagerService_nativeBindProcessToCpu(JNIEnv*, jobject , jint pid, jint cpu_id) {
    cpu_set_t cpuset;
    CPU_ZERO(&cpuset);
    CPU_SET(cpu_id, &cpuset);
    if (sched_setaffinity(pid, sizeof(cpu_set_t), &cpuset) != 0) {
        perror("sched_setaffinity");
    }
}

或者是在进程启动后，可以在AMS中找到合适的时机进行绑核。例如，在应用切换到前台时进行绑核。

// 在AMS中
private void onAppForeground(int pid) {
    bindProcessToCpu(pid, 1); // 绑定到CPU 1
}

新增服务进程绑核¶

可以实现一个服务（Java服务或Native服务），接收外部消息，通过包名查询得到pid_t后再进行绑核。

Java服务示例¶

public class CpuBindService extends Service {
    @Override
    public int onStartCommand(Intent intent, int flags, int startId) {
        String packageName = intent.getStringExtra("packageName");
        int pid = getProcessIdByPackageName(packageName);
        bindProcessToCpu(pid, 1);
        return START_NOT_STICKY;
    }

    private int getProcessIdByPackageName(String packageName) {
        // 实现获取进程ID的逻辑
    }

    private void bindProcessToCpu(int pid, int cpuId) {
        // 绑定逻辑同前面的方案
    }
}

这里只是举一个简单的例子，最好是用AIDI的方式。

Native服务示例¶

#include <sched.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <dirent.h>
#include <unistd.h>

void bindProcessToCpu(pid_t pid, int cpu_id) {
    cpu_set_t cpuset;
    CPU_ZERO(&cpuset);
    CPU_SET(cpu_id, &cpuset);
    sched_setaffinity(pid, sizeof(cpu_set_t), &cpuset);
}

pid_t getProcessIdByName(const char *processName) {
    // 实现获取进程ID的逻辑
}

int main() {
    // 接收消息逻辑
    const char *targetProcessName = "com.example.targetapp";
    pid_t pid = getProcessIdByName(targetProcessName);
    if (pid > 0) {
        bindProcessToCpu(pid, 1); // 绑定到CPU 1
    }
    return 0;
}

使用命令绑核¶

在设备已经root的情况下，可以使用命令行工具来调整进程的CPU亲和性。

taskset -p 0x1 <process_id>

调整线程优先级¶

除了绑核，还可以通过调整线程优先级来优化性能。

Java层调整线程优先级¶

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // 线程的工作内容
    }
}

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);

        MyThread thread = new MyThread();
        thread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY); // 设置最高优先级
        thread.start();
    }
}

Native层调整线程优先级¶

#include <pthread.h>
#include <sched.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void* threadFunction(void* arg) {
    // 线程的工作内容
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread;
    pthread_create(&thread, NULL, threadFunction, NULL);

    struct sched_param param;
    param.sched_priority = 20; // 设置优先级

    if (pthread_setschedparam(thread, SCHED_FIFO, &param) != 0) {
        perror("pthread_setschedparam");
    }

    pthread_join(thread, NULL);
    return 0;
}

sched_priority的值越大，线程优先级越高。 POSIX实时调度策略（如SCHED_FIFO和SCHED_RR）中，优先级是通过sched_priority参数来设置的。系统为这些策略定义了一个优先级范围，通常可以通过sched_get_priority_max和sched_get_priority_min来获取这个范围。
SCHED_FIFO**和**SCHED_RR：这些是实时调度策略，适用于需要确定性调度的任务。优先级越高的线程在调度时会优先于优先级低的线程。
SCHED_OTHER：这是默认的非实时调度策略，通常不使用sched_priority来设置优先级，而是使用nice值（越小优先级越高）。

系统级调整线程优先级¶

在系统服务中，可以通过Process.setThreadPriority来调整特定进程或线程的优先级。

// 在ActivityManagerService中
private void setThreadPriority(int pid, int tid, int priority) {
    try {
        Process.setThreadPriority(tid, priority);
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

CPU核心数及大核小核¶

在移动设备中，CPU通常采用异构多核架构，包含性能核心（大核）和效率核心（小核）。不同平台的具体配置可能不同，但通常遵循以下模式：

高通平台（Qualcomm Snapdragon）¶

大核：通常使用Cortex-A7x系列（如Cortex-A77、Cortex-A78），这些核心具有较高的时钟频率和性能，适合处理高负载任务。
小核：通常使用Cortex-A5x系列（如Cortex-A55），这些核心功耗较低，适合处理日常任务以节省电量。
典型配置：例如，Snapdragon 888采用1个Cortex-X1大核、3个Cortex-A78中核和4个Cortex-A55小核。

MTK平台（MediaTek）¶

大核：类似于高通平台，通常使用Cortex-A7x系列核心。
小核：使用Cortex-A5x系列核心。
典型配置：例如，MediaTek Dimensity 1200采用1个Cortex-A78大核、3个Cortex-A78中核和4个Cortex-A55小核。

CPU核心编号与大核小核的关系¶

在异构多核架构中，CPU核心的编号并不固定地对应于大核或小核。具体哪个编号对应大核或小核，取决于芯片厂商的设计和配置。

可以通过查看系统文件或使用工具来确定每个核心的类型。例如，在Linux系统中，可以通过cat /proc/cpuinfo查看每个核心的详细信息，包括其架构和型号。

processor   : 0
model name  : ARMv8 Processor rev 2 (v8l)
BogoMIPS    : 38.40
Features    : fp asimd evtstrm aes pmull sha1 sha2 crc32
CPU implementer : 0x41
CPU architecture: 8
CPU variant : 0x0
CPU part    : 0xd03
CPU revision    : 2

processor   : 1
model name  : ARMv8 Processor rev 2 (v8l)
BogoMIPS    : 38.40
Features    : fp asimd evtstrm aes pmull sha1 sha2 crc32
CPU implementer : 0x41
CPU architecture: 8
CPU variant : 0x0
CPU part    : 0xd03
CPU revision    : 2

processor   : 2
model name  : ARMv8 Processor rev 2 (v8l)
BogoMIPS    : 38.40
Features    : fp asimd evtstrm aes pmull sha1 sha2 crc32
CPU implementer : 0x41
CPU architecture: 8
CPU variant : 0x0
CPU part    : 0xd09
CPU revision    : 2

processor   : 3
model name  : ARMv8 Processor rev 2 (v8l)
BogoMIPS    : 38.40
Features    : fp asimd evtstrm aes pmull sha1 sha2 crc32
CPU implementer : 0x41
CPU architecture: 8
CPU variant : 0x0
CPU part    : 0xd09
CPU revision    : 2

CPU part：这是识别CPU核心型号的关键字段。不同的CPU part值对应不同的核心型号。
ARM Cortex型号：
- 小核（节能核心）：通常是Cortex-A5x系列，例如Cortex-A53、Cortex-A55。对应的CPU part值可能是0xd03（Cortex-A53）或0xd05（Cortex-A55）。
- 大核（性能核心）：通常是Cortex-A7x系列，例如Cortex-A72、Cortex-A73、Cortex-A75、Cortex-A76。对应的CPU part值可能是0xd09（Cortex-A73）或0xd0a（Cortex-A75）。
如何识别：
- 在示例中，CPU part: 0xd03 通常对应Cortex-A53，这是一个小核。
- CPU part: 0xd09 通常对应Cortex-A73，这是一个大核。

注意事项¶

权限要求：绑核和调整线程优先级通常需要root权限或系统权限。
系统影响：绑核和调整线程优先级可能会影响系统的整体性能和资源调度，因此需要谨慎使用。
设备差异：不同设备的CPU架构和核心数量可能不同，因此在进行绑核操作时需要考虑设备的具体特性。

通过这些方法，你可以在Android系统中实现进程的绑核和线程优先级调整，从而优化应用的性能和响应性。根据具体的需求和环境选择合适的方案，确保操作的有效性和安全性。