深刻淺出Android App耗電量統計

前言

    在Android統計App耗電量比較麻煩，直至Android 4.4，它仍沒公開「電量統計」API或文檔……額，是的，僅沒有公開，並非沒有。平時在手機「設置- 電量」看到的數據

    

    就是系統調用內部API的統計結果。

 

基礎概念

    1. 手機由衆多「部件」組成，所謂「部件」是指：CPU，WIFI，GPS....因此，Android App消耗總電量爲 App運行過程當中，涉及各部件的消耗電量的總和。

    2. 假設運行App致使CPU運行，時間：t，CPU單位時間消耗電量：w，則App的CPU耗電量爲：W = w*t，而有物理公式 W = U*I*t（U：電壓值，I：電流值），在手機中，通常U恆定不變，因此，能夠單獨經過 Q（電容量，單位: mAh）= I * t 表示電量。

 

系統源碼分析

    核心源碼：/packages/apps/Settings/src/com/android/settings/fuelgauge/PowerUsageSummary.java

    核心類：

        - BatteryStatsImpl：提供App各部件運行時間。

        - PowerProfile：提供部件電流數值。

    問題：

        - Android怎樣存儲與讀取App耗電量信息（即：BatteryStatsImpl數據怎麼來的？）

        - Android怎麼存儲部件電流數值（即：PowerProfile數據怎麼來的？）

        - Android具體耗電量計算方法

 

    1. Android怎樣存儲與讀取App耗電量信息

        （1）先看下PowerUsageSummary.java如何獲取BatteryStatsImpl？

         

        

        

        可見 BatteryStatsImpl 經過 系統服務「batteryinfo」得到。

     

        （2）系統服務「batteryinfo」是什麼玩意呢？（見：BatteryStatsService.java）

        

        系統服務「batteryinfo」其實就是BatteryStatsService，而BatteryStatsService「惟一的」構造函數提供了一個很重要的信息：filename！

      

        （3）BatteryStatsService在哪裏建立？filename是什麼？（見：ActivityManagerService.java）

        

        filename文件是：/data/system/batterystats.bin，關於batterystats.bin，以前民間不少文章說它用做電池校訂，但Android工程師Dianne Hackborn在google+上明確：

        

        betterystats.bin文件僅僅是一個記錄不一樣app使用電量的一個文件。

 

        （4）再看看 BatteryStatsImpl(String filename) 構造函數（見：BatteryStatsImpl.java）

        

        這裏只作了些基本的初始化。真正載入betterystats.bin數據是在（ActivityManagerService.java）mBatteryStatsService.getActiveStatistics().readLocked();

        

        

 

        至此，Android怎樣存儲與讀取App耗電量信息分析結束。

        總結：

        （1）ActivityManagerService 建立並初始化 BatteryStatsService，並傳入耗電量記錄文件batterystats.bin；

        （2）BatteryStatsService 在內部建立 BatteryStatsImpl 實例，並傳入耗電量記錄文件batterystats.bin；

        （3）ActivityManagerService 執行 mBatteryStatsService.getActiveStatistics().readLocked();致使 BatteryStatsService 的 BatteryStatsImpl 加載batterystats.bin數據；

        （4）在PowerUsageSummary計算App耗電量時，PowerUsageSummary從BatteryStatsService 中獲取BatteryStatsImpl 實例，從而得到App的相關數據。

 

    2. Android怎麼存儲部件電流數值

        （1）比較簡單，見 PowerProfile.java

        

        PowerProfile讀取資源 com.android.internal.R.xml.power_profile，並把數據加載到sPowerMap。

 

        （2）com.android.internal.R.xml.power_profile在哪裏？

        在官方文檔《Power Profiles for Android》明確了power_profile.xml位置：device///frameworks/base/core/res/res/xml/power_profile.xml。

        下面是一個samsung的power_profile.xml：

        

        字段含義見《Power Profiles for Android》。

 

        （3）每一個OEM廠商有本身獨立的power_profile.xml配置

        官方文檔代表：OEM廠商應該有本身的power_profile.xml，由於部件（如：cpu, wifi…）耗電量應與具體硬件相關，這個只有OEM廠商清楚……

        

  

        （4）PowerProfile關鍵API：

        - public double getAveragePower(String type)：返回type的電流值（mA），type表示power_profile.xml中的某關鍵字（如：gps.on）。

        - public double getAveragePower(String type, int level) ：返回type的電流值（mA），level表示xml中array的第幾個value。

 

        至此，Android怎麼存儲部件電流數值分析結束。

        總結：

        （1）Android部件電流信息存於：power_profile.xml

        （2）每一個OEM廠商有私有power_profile.xml

        （2）PowerProfile讀取power_profile.xml，並提供API訪問部件電流數值。

 

    3. Android具體耗電量計算方法

        App耗電量統計：processAppUsage()  

        硬件耗電量統計：processMiscUsage()

 

        processAppUsage()分析

            【1】processAppUsage耗電量統計的 時間段 是？

            

            

            關於統計的 時間段，BatteryStats有4個選項：

            

            可見，processAppUsage 是 上一次拔掉設備後 ~ 至今 的App耗電量統計。

          

            【2】processAppUsage 的統計對象真的是App？

            

            具體的 統計流程 都在for循環裏，額……因此processAppUsage真實統計粒度是Uid。

            Uid與App關係：2個App簽名和sharedUserId相同，則在運行時，他們擁有相同Uid。就是說processAppUsage統計的多是多個App的耗電量數據，對於普通App，出現這種狀況的概率較少，而對於Android系統應用則較爲常見。

 

            【3】耗電量計算公式 - 部分1：計算Uid屬下每一個Process的耗電量數據，並求和。

            Uid_Power1 = （Process1_Power + … + ProcessN_Power）;

            Process_Power = （CPUSpeed_Time * POWER_CPU_ACTIVE）；

            

 

            【4】耗電量計算公式 - 部分2：計算Uid的wake lock耗電量

            這裏，Android只計算了partial wake lock的耗電量。

            Uid_Power2 = PartialWakeLock_Time * POWER_CPU_WAKE

            

 

            【5】耗電量計算公式 - 部分3：計算Uid的數據流量（data traffic）耗電量

            Uid_Power3 = ( tcpBytesReceived + tcpBytesSent ) * averageCostPerByte

            

            

 

            【6】耗電量計算公式 - 部分4：計算Uid WIFI耗電量。

            Uid_Power4 = wifiRunningTimeMs * POWER_WIFI_ON

            

 

            【7】耗電量計算公式 - 部分5：計算Uid其餘傳感器耗電量。

            Uid_Power5 = （Sensor1_Power + … + SensorN_Power）

            Sensor_Power = Sensor_Time * Power_Sensor

 

            至此，App耗電量計算方法分析結束。硬件耗電量統計（processMiscUsage()）亦相似。

            總結App耗電量計算公式：

                Uid_Power（App耗電量，單位:mAh） = Uid_Power1 + Uid_Power2 + Uid_Power3 + Uid_Power4 + Uid_Power5

                    Uid_Power1 = （Process1_Power + … + ProcessN_Power）;

                        - Process_Power = （CPUSpeed_Time * POWER_CPU_ACTIVE）；

                    Uid_Power2 = PartialWakeLock_Time * POWER_CPU_WAKE              

                    Uid_Power3 = ( tcpBytesReceived + tcpBytesSent ) * averageCostPerByte

                    Uid_Power4 = wifiRunningTimeMs * POWER_WIFI_ON

                    Uid_Power5 = （Sensor1_Power + … + SensorN_Power）

                        - Sensor_Power = Sensor_Time * Power_Sensor

 

            說這麼多，來一發……不，來一個統計耗電量的App吧，其實，以前已有人把這段Android系統代碼摳出來，作了一個App，能夠到 這裏下載。

 

--------------我是一個分割線--------------

 

            有一個好消息是：android5.0後，獲取電量數據不用這麼痛苦了，dumpsys  batterystats數據中。包含： Estimated power use (mAh):，下面就是每一個uid的耗電量，只要把app下全部uid耗電量加起來便可！