調試 Android* x86 應用程序的方法以及要使用的工具

做者：Xiaodong Wang

1.簡單介紹

衆所周知，Android* 開發者頭頂不少稱呼：設計員、程序員等，並且通常會不可避免地被稱爲故障檢修工。

代碼中的錯誤沒法避免。所以無論您是否一開始就形成錯誤，瞭解調試工具以及怎樣迅速而有效地跟蹤並解決錯誤都很是重要。

鑑於此。如今的 Android 開發者必須掌握有效的調試技巧。

本文提供了 Android 應用程序調試工具的簡單教學，用於幫助 Android SDK 以及相關工具的新手迅速入門。並在 Android x86 平臺上更有效地解決故障。

2.SDK 應用程序調試工具

Android SDK 提供了試應用程序所需的大多數工具。

假設但願進行諸如單步調試代碼、查看變量值以及暫停運行應用程序的操做，則需要兼容 JDWP 的調試程序。假設使用 Eclipse。則已附帶兼容 JDWP 的調試程序，無需設置。假設使用其餘 IDE，則可以使用其附帶的調試程序並將調試程序與特殊port鏈接，使其可以和您設備上的應用程序虛擬機通訊。

假設使用 ADT（Android 開發工具）插件在 Eclipse 中進行開發，則可以使用內置的 Java* 調試程序並結合 DDMS（Dalvik 調試監測程序server）來調試應用程序。

爲了便於訪問調試程序和 DDMS。Eclipse 以視圖形式顯示調試程序和 DDMS 功能。這些都是本身定義的 Eclipse 視圖。依據您所在的視圖顯示特定選項卡和窗體。Eclipse 還可負責爲您啓動ADB (Android Debug Bridge) 主機守護程序，從而無需手動執行該工具。假設使用其它 IDE 進行調試。則可以使用 Android SDK 提供的所有調試工具，好比 ADB、DDMS、Java 調試程序等。

圖 1. Dalvik 調試監測程序server

藉助 DDMS，開發者可查看進程的堆區使用狀況、跟蹤對象的內存分配、使用模擬器或設備的文件系統、檢查線程信息、獲取方法配置、使用網絡流量工具（在 Android 4.0 中提供）、使用 LogCat 跟蹤代碼信息以及模擬手機操做和位置。如欲瞭解不少其它信息，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（佈局優化分析工具）幫助開發者調試佈局問題。

Hierarchy Viewer 應用程序可以讓您調試並優化您的用戶界面 (UI)。它以可視方式呈現佈局的視圖層級（View Hierarchy 口），提供放大的顯示視圖（Pixel Perfect 窗體）。

圖 2. Hierarchy Viewer（層級查看器）

View Hierarchy窗體顯示造成您設備上或模擬器上執行的活動的 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 窗體還顯示渲染性能數據。在選擇節點時。視圖的額外信息出現在節點上方的小窗體中。 在單擊當中一個節點時，可看到有關圖像、視圖計數和渲染時間的信息。

圖 3. 查看對象信息窗體

Pixel Perfect 是一個工具。用於檢查像素屬性並經過設計圖排布用戶界面。

Pixel Perfect 窗體顯示模擬器或設備上可見的屏幕的放大圖像。在該窗體中。可檢查屏幕圖像中各個像素的屬性。

也可以使用 Pixel Perfect 窗體依據位圖設計幫助排布應用程序的用戶界面。

圖 4. Pixel Perfect 窗體

layoutopt 工具可以讓您分析 XML 文件。該文件定義應用程序的用戶界面以查找視圖層級中的不當之處。

要執行工具，可打開終端並從 SDK 工具/文件夾啓動 layoutopt <xmlfiles>。<xmlfiles> 變量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 文件或這些文件的文件夾。

工具會載入指定的 XML 文件並依據一組提早定義的規則分析它們的定義和層級。 如下是來自工具的輸出演示樣例：

$ layoutopt samples/ samples/compound.xml 7:23 The root-level <FrameLayout/> can be replaced with <merge/> 11:21 This LinearLayout layout or its FrameLayout parent is useless samples/simple.xml 7:7 The root-level <FrameLayout/> can be replaced with <merge/> 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 <merge/> -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 <merge/> 11:17 This LinearLayout layout or its FrameLayout parent is useless

 

Traceview 是運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信息時建立。Traceview 可幫助您調試應用程序並概述其性能。Traceview 可載入日誌文件並在窗體中顯示其數據，該窗體如圖 5 和圖 6 所看到的以兩個面板將您的應用程序可視化：

 

圖 5. 時間軸面板描寫敘述每個線程和方法什麼時候開始和中止

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，爲您提供一種備選方式，用於從跟蹤日誌文件生成圖形調用棧圖。

該工具使用 Graphviz Dot 有用程序建立圖形化輸出，所以您需要在執行 dmtracedump 以前安裝 Graphviz。dmtracedump 工具以樹圖形式生成調用堆棧數據，每個調用表示爲一個節點。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 輸出的一個演示樣例。

圖 7. dmtracedump

3.NDK 應用程序調試工具

由於 Android NDK 基於 GCC 工具鏈，Android NDK 包括 GDB、GNU 調試程序，於是可以讓您啓動、暫停、檢查和改動程序。在 Android 設備上，GDB 配置爲client/server模式，在嵌入式設備上這樣的配置更爲常見。程序在設備上做爲server和遠程client執行。開發者的工做站與其鏈接，併發送與本地應用程序類似的調試命令。

GDB 自己是一個命令行有用程序，假設手動使用會顯得較爲繁瑣。

幸虧 GDB 可由大多數 IDE 尤爲是 CDT 處理。

從而可直接使用 Eclipse 來加入斷點並檢查程序，但前提是先正確配置它！

經過單擊文本編輯器的左端，Eclipse 確實可方便地用 Java 和 C/C++ 源文件插入斷點。Java 斷點藉助 ADT 插件可以立刻使用。該插件管理經過 Android Debug Bridge 進行的調試。但對 CDT 並非如此，CDT 並不能感知 Android。

所以，插入斷點將不會有做用。除非咱們配置 CDT 以使用 NDK 的 GDB，GDB 自己需要綁定至原生應用程序以對其進行調試。

在 NDK 版本號中改善了對調試程序的支持（好比，以前不能調試純原生線程）。雖然 NDK 愈來愈適用，但 NDK R5（甚至包含 R7）還很是不無缺。但是，它仍然實用處。 現在讓咱們瞭解下怎樣調試原生應用程序。

首先經過下面步驟在咱們的應用程序中啓用調試模式：
1）有一步操做很是重要。但也很是easy被忽略。那就是在 Android 項目中激活調試標記。該操做在應用程序清單 AndroidManifest.xml 中完畢。請勿忘記對原生代碼使用適用的 SDK 版本號：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?

> <manifest ...> <uses-sdk android:minSdkVersion="10"/> <application ... android:debuggable="true"> ...

 

2）在清單中啓用調試標記會本身主動以原生代碼激活調試模式。

但是，APP_OPTIM 標記也控制着調試模式。假設已在 Android.mk 中手動設置它，則檢查是否已設置其值以進行調試（並不公佈）或直接刪除它：

APP_OPTIM := debug

 

 

3）現在讓咱們配置將鏈接至設備的 GDB client。又一次編譯項目並插入設備或啓動模擬器。

執行而後離開應用程序。確保載入應用程序並且其 PID 可用。

可經過使用下面命令（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）打開終端窗體並轉到項目文件夾。

執行 ndk-gdb 命令（位於 Android NDK 文件夾，好比 android-ndk-r8\）：

$ ndk-gdb

 

 

該命令不會返回消息，但是會在 obj\local\x86 文件夾建立三個文件（對於 arm 設備文件夾爲 obj\local\armeabi）：

 

• gdb.setup：這是爲 GDB client生成的配置文件。

• app_process：該文件直接從您的設備檢索。其爲系統可執行文件，在系統啓動時啓動，並可造成分支，啓動新的應用程序。

  GBD 需要該參考文件來查找其標記。在某些方面，其爲您的應用程序的二進制輸入點。

• libc.so：該文件也可直接從您的設備檢索。其爲 GDB 使用的 Android 標準 C 庫（一般稱爲 bionic），用於保持跟蹤執行時期間建立的所有原生線程。

5）在您的項目文件夾中，複製 obj\local\x86\gdb.setup 並將其命名爲 gdb2.setup。打開它並刪除請求 GDB client鏈接至執行於設備上的 GDB server的下面行（將由 Eclipse 自身執行）：
target remote :5039

6）在 Eclipse 主菜單中，轉至「Run（執行）| Debug Configurations（調試配置）...」。並在名爲 GL2JNIActivityDefault 的 C/C++ 應用程序項目中建立新的調試配置。

該配置將在您的計算機上啓動 GDB client並鏈接至設備上執行的 GDB server。

7）在 Main（主菜單）選項卡中。使用瀏覽button，將項目設置爲本身的項目文件夾，將 C/C++ 應用程序設置爲指向 obj\local\ x86\app_process（可以使用絕對或相對路徑）。

圖 8. 爲 C/C++ 應用程序調試配置

8）使用窗體底部的連接「Select other（選擇其它）...」。將啓動程序類型切換爲「Standard Create Process Launcher（標準建立進程啓動程序）」：

圖 9. 選擇首選啓動程序

9）轉至調試程序文件並設置調試程序類型爲 gdbserver，將 GDB 調試程序設置爲 android-ndk-r8\toolchains\x86-4.4.3\prebuilt\windows\bin\i686-android-linux-gdb.exe 或針對 arm 平臺設置爲 android-ndk-r8\toolchains\arm-linux-androideabi-4.4.3\prebuilt\linux-x86\bin\arm-linux-androideabi-gdb，針對 arm 平臺將 GDB 命令文件需求設置爲指向位於 \obj\local\x86 或 obj\local\armeabi\ 中的 gdb2.setup 文件（使用絕對或相對路徑都可）。

圖 10. 調試程序設置面板

10）轉至 Connection（鏈接）選項卡並將類型設置爲 TCP。主機名、IP 地址和port號 (localhost d 5039) 都保留默認值。

圖 11. 調試程序設置面板上的連接設置

11）現在讓咱們配置 Eclipse 以在設備上執行 GDB server。

複製 android-ndk-r8\ndk-gdb 並用文本編輯器打開它。查找下面行：
$GDBCLIENT -x `native_path $GDBSETUP`

由於 GDB client將由 Eclipse 自己執行，所以對其進行凝視：

#$GDBCLIENT -x `native_path $GDBSETUP`

12）在 Eclipse 主菜單中，轉到「Run（執行）| External Tools（外部工具）| External Tools Configurations（外部工具
配置）...」，並建立新配置 GL2JNIActivity_GDB。
該配置將在設備上啓動 GDB server。

13）在 Main（主菜單）選項卡上。將位置設置爲指向 android-ndk-r8 中咱們改動過的 ndk-gdb。 將工做文件夾設置爲您的應用程序文件夾位置
也可設置 Arguments（變量）文本框：

• Verbose：具體查看 Eclipse 控制檯中發生了什麼。
• Force：本身主動終止以前所有會話。
• start：讓 GDB server啓動應用程序，而不是在應用程序啓動以後鏈接至應用程序。該選項在您僅調試原生代碼而非 Java 代碼時實用。

圖 12. 外部工具配置

14）現在。和往常同樣啓動應用程序。

15）一旦應用程序啓動，就可直接經過控制檯啓動 ndk-gdb 或啓動外部工具配置 GL2JNIActivity_GDB。該配置將啓動設備上的 GDB server。GDB server接收遠程 GDB client發送的調試命令，並在本地調試您的應用程序。

16）打開 jni\gl_code.cpp 並經過雙擊文本編輯器的左端在 setupGraphics 中設置斷點（或右鍵單擊並選擇 Toggle breakpoint（切換斷點））。

圖 13. 斷點設置

17）最後啓動 GL2JNIActivity 默認 C/C++ 應用程序配置啓動 GDB client。它會經過套接字鏈接將調試命令從 Eclipse CDT 中繼至 GDB server。從開發者的觀點來看，這與調試本地應用程序很是類似。

也有一些專用工具用於調試圖形性能，好比 Intel® GPA System Analyzer 爲英特爾® 圖形性能分析器（英特爾® GPA）之中的一個，新添加了對於英特爾架構 Android 設備的支持，並且專供應用程序和驅動程序project師優化其 OpenGL* ES 工做量。

該部分提供的信息涉及怎樣配置英特爾 GPA 並經過 USB 鏈接將其用於您的 Android 設備。在鏈接至 Android 設備時，英特爾 GPA System Analyzer 提供 OpenGL ES API、CPU 和 GPU 性能標準，並經過提供多個圖形管線狀態重寫以幫助分析 OpenGL ES 應用程序性能。

要在基於 Android x86 的設備上使用英特爾 GPA System Analyzer，需要從文檔檢查目標機器和固件/版本號。

要開始收集標準，需要在client系統上安裝英特爾 GPA System Analyzer 並將其鏈接至目標設備：

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

2）啓動英特爾 GPA System Analyzer。

3）確保 Android 設備經過 USB 電纜鏈接至client系統。

4）在client系統檢測目標設備時。最多等待 10 秒。發現的設備會出現在對話框窗體中。目標設備的列表會每隔 5 到 6 秒刷新一次。

5）查找要鏈接的設備並單擊「Connect（鏈接）」。英特爾 GPA System Analyzer 會將所需的組件拷貝到目標設備並生成已安裝應用程序的列表。可經過單擊「Stop（中止）」中斷鏈接進程。

圖 14. 選擇互聯設備

6）從可用應用程序列表中選擇所需的應用程序。「Application List（應用程序列表）」屏幕顯示所有用戶以及 Android 設備上安裝的所有系統應用程序。

圖 15. 應用列表

7）將會啓動應用程序並且您將在英特爾 GPA System Analyzer 窗體中看到其數據。

8）要切換至不一樣應用程序，單擊「Back（返回）」。請注意，將強制關閉正在執行的應用程序。

9）要切換至不一樣目標，單擊「Back（返回）」。
PowerVR 顯卡架構由下面核心模塊構成。這些模塊可將提交的 3D 應用程序數據轉換爲渲染的圖形：Tile Accelerator (TA)、Image Synthesis Processor (ISP) 以及 Texture & Shading Processor (TSP)。「GPU」 組中的英特爾 GPA 標準相應這些核心模塊之中的一個，「Metrics List（標準列表）」中標準的順序取決於圖形管線中核心模塊的順序。

圖 16. Intel GPA System Analyzer 窗體

Perf 是自 Linux 版本號 2.6.30 起 Linux 中很是實用的一個工具。可同一時候用於與硬件和軟件相關的性能分析。雖然 Android 基於 Linux 構建，但和不包括其它 Linux 組件和庫同樣。它也不包括 perf。您必須將靜態構建的 perf 推送至當中。假設您已有該工具，僅僅需將其置於 /system/bin/ 下。就可有效發揮其做用。

有關 perf 的簡短說明、基本使用方法和教程。可訪問https://perf.wiki.kernel.org/index.php/Main_Page。
藉助 traceview，開發者可獲取 Java 代碼的性能信息。藉助 perf。開發者可獲取有關原生和系統級代碼的性能信息，如圖 17 中所看到的。

圖 17. 性能統計數據

圖 18. 函數調用棧

UxTune 是一個project工具，用於 Android 用戶交互分析和優化。它是一種加強的 pyTimeChart 工具。


UxTune 設計特性包含：

• 垂直相關：將跨層的系統事件映射至用戶級別活動，好比事件、手勢、幀等。
• 水平相關：將不一樣系統實體間的執行時活動（好比一個線程觸發垃圾回收）關聯。

• 基於 pyTimeChart 的可視化。

要使用 UxTune 分析響應能力，開發者需要熟悉 Android 系統的某些重要進程（在 pyTimeChart 中顯示爲行）。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序的 uiThread。
3. uiThread 行：該行顯示從 InputDispatcher 收到的包的主要觸摸事件。uiThread 將依據特定操做繪製（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，並在繪製完畢後解鎖表面。「S」 和 「E」 表示應用程序渲染的開始和結束。
5. SurfaceFlinger 行：在完畢應用程序渲染後，應用程序將通知 SurfaceFlinger 合成並更新屏幕。「S」 表示 SurfaceFlinger 開始處理應用程序請求，而 「E」 表示合成完畢（幀緩衝區交換完畢）。

圖 19. UxTune 分析窗體

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得到每幀的記錄，還包括其它標準。好比最大幀時間、幀時間變化、#長時幀和掉幀率。fps 監控器有兩種模式。Real Time Pattern（實時模式）可實時顯示所有正在執行的應用程序的 fps。Measure Pattern（測量模式）可在用戶定義的啓動和中止時間測量 fps 和其它參數。要使用該工具。必須取得設備最高權限。
設置環境：
setprop debug.graphic_log 1
stop zygote
start zygote

圖 20 顯示了配置界面，開發者可在當中爲調試目標配置工具。

20. Meter-FPS 配置

在 Real Time（實時）模式中單擊監控器button。fps 工具將監控所有正在執行的應用程序，並在屏幕上的浮動窗體中更新 fps。

圖 21. Meter-FPS 實時模式

在 Measure（測量）模式中單擊監控器button。

將顯示一個浮動窗體。當中顯示「Click to start（單擊以開始）...」；單擊浮動窗體開始監控。

圖 22. Meter-FPS 實時模式 1

現在測量模式正在執行：

圖 23. Meter-FPS 實時模式 1

單擊浮動窗體中止監控；其將顯示結果：

圖 24. Meter-FPS 分析結果列表

單擊上面列表中的每個項目以獲取具體記錄：

圖 25. Meter-FPS 分析具體記錄

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

相關文章與資源：

• Android - 英特爾開發者專區
• Android INDE
• 怎樣使用英特爾 XDK 建立應用
• 使用 HAXM 加速英特爾架構上的 Android 模擬器

關於做者

Xiaodong Wang 是英特爾軟件及服務事業部的應用project師。

他專一於採用 Android 操做系統的基於英特爾的平臺的 ISV。 Xiaodong 提供技術支持的 PRC Plus 項目（Android 平板電腦 ISV 啓用）成功啓用了前 50 個 NDK 應用程序做爲技術接口。近期 Xiaodong 參與了英特爾的數個創新項目，並在開發過程當中扮演重要角色。

尤爲是當中一個項目被選爲英特爾信息技術峯會的演示項目，而 Xiaodong 成功地提供了技術支持。

在增長英特爾以前，Xiaodong 在 MediaTek 進行有關框架和應用程序開發的工做。Xiaodong 是北京大學碩士。並在做爲訪問學者在新加坡南洋大學進行研究期間，在《IEEE 計算機彙刊》上發表了一篇技術論文。他感興趣的領域爲移動互聯網技術（好比 LBS、NFC AR 等）以及創新設計。

 

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