아키텍트를 꿈꾸며 - 에코지오

안드로이드 시스템 분석에 사용할만한 shell 명령을 알아보자.

시스템 기본 정보: 하드웨어, 커널 등

cat /proc/version : 커널 버전
cat /proc/cpuinfo : 프로세서 정보. CPU 타입, 모델, 제조사 등
cat /proc/meminfo : 메모리 정보. 실제 메모리 및 가상 메모리
cat /proc/devices : 현재 커널에 설정되어 있는 장치 목록
mount : 마운트된 모든 장치 정보
df : 하드디스크 사용량
cat /proc/filesystems : 커널에 설정되어 있는 파일시스템 목록
cat /proc/swaps : 스왑 파티션의 크기와 사용량
cat /proc/interrupts : 장치가 사용중인 인터럽트(IRQ) 목록 표시
cat /proc/ioports : 현재 사용중인 Input/Output 포트
cat /proc/loadavg : 시스템의 평균부하량
cat /proc/partitions : 파티션 정보
cat /proc/uptime : 시스템이 얼마나 살아있었는지.
cat /proc/stat : 시스템 상태에 관한 다양한 정보. CPU 사용통계, 부팅이후 page fault 발생횟수 등
cat /proc/zoneinfo : ZONEINFO ?
dmesg : 시스템 부팅시 나왔던 메시지
ps : 실행중인 프로세스 정보
ps -p -t : 프로세스와 쓰레드 목록
set 또는 printenv : 환경설정값 출력

시스템 리소스 사용 현황

vmstat : 시스템의 리소스 상황 모니터링. CPU, I/O, 메모리 등
cat /proc/diskstats : 디스크 utilization과 throuthput. 즉 디스크 IO 현황
top : 시스템의 프로세스 상황 모니터링. 프로세스별 CPU 사용량, 메모리와 스왑 사용량 등
procrank : 프로세스별 메모리(VSS,RSS,USS, PSS)
dumpsys meminfo [PID] : 해당 프로세스의 메모리 상세 정보
cat /proc/[PID]/stat : 해당 프로세스에 대한 정보. 시작시간, 상태, CPU 사용량 등
cat /proc/[PID]/maps : 해당 프로세스의 메모리 맵 정보
cat /proc/vmstat : 버추얼 메모리 통계?
librank : 라이브러리별 메모리 사용량?

네트워크 관련

cat /proc/net/netlink : 네트워크 정보
netcfg : 네트워크 인터페이스와 IP주소 목록
netstat : 네트워크 연결상태 확인
nc : 네트워크용 cat 명령어(netcat)
ifconfig : 네트워크 인터페이스 설정 정보. 장치명을 파라미터로 받음. IP 주소, 서브넷마스크 등
tcpdump : 실시간 패킷 모니터링
iftop : 네트워크를 위한 top
route : 해당 호스트까지 연결하는 중간 경로 정보인 라우팅 테이블 표시
ping : 원격 호스트와의 연결 테스트
cat /proc/net/route : Routes

안드로이드 제공

logcat : 로그캣 보기
pm : package manager의 약자. 패키지/permission/instrumentation/feature 목록, 패키지 설치/제거 등
am : activity manager의 약자. 액티비티 시작, Intent 브로드캐스팅, Instrumentation 시작, profiling 시작/중지 등
service : 안드로이드 서비스 목록 표시, 서비스에 명령 전달
monkey : 애플리케이션에 랜덤 이벤트 발생시킴. 사용자 이벤트, 시스템 이벤트의 무작위 발행
cat /data/anr/traces.txt : VM TRACES (쓰레드 덤프)
cat /proc/binder/proc/[PID] : 바인더 프로세스 상태
cat /proc/binder/xxx : 바인더 관련 정보(xxx는 transactions, transaction_log, failed_transaction_log, stats 등)
cat /data/system/packages.xml : 설치된 패키지 세팅 정보
setprop : system property 세팅
getprop : 세팅된 system property 목록 출력

종합 리포트
dumpsys [service]: app/service 상태정보 덤프. 서비스별로 추가 파라미터 받을 수 있음
dumpstate : device 상태정보 덤프(cpu,mem,ps 등). 상태정보를 추출하는 여러 명령어들의 조합으로 구성
dumpcrash : 애플리케이션이 crash될 때의 상태정보 덤프?
bugreport : logcat+dumpsys+dumpstate

그밖에...
그밖의 안드로이드 shell 명령어는 /system/bin 및 /system/xbin을 뒤져보면 많이 나온다. 이제 남은 일은 찾아낸 명령어의 사용법, 출력결과를 어떻게 해석할지, 어떤 상황에서 이들을 활용할지 사례조사, 그리고 직접 활용해보는 것일게다.

* 참조

http://www.cyworld.com/polox94ii/312644

http://tkhwang.pe.kr/archives/65

http://en.androidwiki.com/wiki/ADB_Shell_Command_Reference

http://elinux.org/Using_Bootchart_on_Android

http://elenoa.tistory.com/52

안드로이드에서 프로세스가 도대체 얼만큼의 메모리를 사용하고 있는지 분석해본다.

시스템 메모리 사용 현황

우선 전체 시스템의 메모리부터 파악하자. $> adb shell 로 접속한 후 /proc/meminfo를 열어본다.

MemTotal, MemFree 같은 필드는 대충 감이 잡히는데, 모르는 항목이 많이 보인다. 넘어가자. -.-;;

VSS와 RSS
이론적으로(?) 프로세스가 차지하는 정확한 메모리의 크기를 알 수는 없다고 한다. 다만, 프로세스에 매핑되는 page 수를 해석하는 다양한 방법이 있는데, VSS, RSS, USS, PSS 등이 그것이다.

• VSS(Virtual Set Size) : 프로세스와 관련된 버추얼 메모리(virtual memory) 크기. 메모리 맵(나도 자세한 건 모른다)이 1M이면 프로세스가 어떤 리소스도 사용하지 않아도 VSS는 1MB가 된다. 의미있는 수치라고 볼 수 없음.
• RSS(Resident Set Size) : 프로세스와 관련된 물리적 페이지(physical pages) 수. 여러 프로세스 사이에서 공유된 페이지(shared pages) 수를 확인할 수 없어 별 의미없음. A프로세스의 RSS가 2MB, B프로세스의 RSS가 2MB일 때 실제 물리 페이지 수는 4MB이거나 2MB일 수 있다.

어쨌거나 프로세스별 VSS와 RSS 값은 top 명령어로 구할 수 있다.

USS와 PSS

VSS나 RSS보다 조금 더 의미있는 수치는 USS와 PSS인데, procrank 명령어로 구할 수 있다.

• USS(Unique Set Size) : 프로세스만의 고유한 페이지 수. 공유되지 않는 프로세스에 private한 메모리 크기이다.
• PSS(Proportional Set Size) : USS + (공유 페이지 / 공유하는 프로세스 수). 즉, 프로세스 고유 메모리 사용량 + 하나의 프로세스가 차지하는 공유 메모리 비율이다. 만약 A프로세스가 6MB 메모리를 사용하고 그 중 2MB가 그 프로세스의 고유 영역이라면, 나머지 4MB는 공유 메모리이다. 4MB의 공유메모리를 4개의 프로세스가 공유하고 있다면 PSS는 2MB + (4MB/4) = 3MB가 된다.

PSS는 공유되는 페이지를 공유 프로세스의 수로 나누어서 좀더 정확한 메모리 사용량을 파악할 수 있게 해준다. 이게 프로세스가 사용하는 실제 메모리 크기에 가장 근접한 값이라고 볼 수 있다.

프로세스별 PSS 수치는 DDMS의 Sysinfo 탭을 통해서도 볼 수 있다. 파이그래프로 비주얼하게 보여주므로, 메모리 사용 비율을 쉽게 파악할 수 있다.

• Pss 필드 : procrank에 나온 PSS 값과 동일
• shared dirty : 다른 프로세스와 공유하는 dirty pages(디스크로부터 페이징 불가능?)
• private dirty : 프로세스 고유의 dirty pages

참고로 위의 Objects와 SQL 섹션에는 View/Context/Activity 등의 개수와 SQL 페이지 크기 등 중요한 정보를 제공하므로 활용가치가 높다.

dumpsys meminfo 출력 결과에 나온 dalvik 컬럼의 size, allocated, free 필드값은 DDMS의 VM Heap 탭을 통해서도 확인할 수 있다. 각각 VM Heap 탭의 Heap Size, Allocated, Free 컬럼에 해당한다. DDMS의 VM Heap 탭의 정보는 달빅 VM만의 메모리 정보일 뿐, 애플리케이션의 native 라이브러리가 사용하는 메모리 정보는 제외되었다.

* 참조

http://tinysense.textcube.com/11

1. 먼저 안드로이드 git에서 소스를 다운받아 놓는다. mydroid에 다운받았다고 하자.
2. doxygen 사이트에서 doxygen을 다운받아 설치한다. 윈도 버전 있다.
3. Doxywizard를 실행한다.
4. Wizard 탭, Expert 탭에서 여러가지 설정을 한다. 처음에는 Wizard탭, 숙달되면 Expert 탭 이용.
• 소스 폴더 선택. 예를들어 mydroid/frameworks 선택. mydroid 전체를 선택하면 먹통될수도...
• scan recursively 옵션 체크
• 소스 종류는 .h,.c,.cpp 선택
• html은 하위 폴더로 나누어서 생성되도록
• 클래스 다이어그램 생성되도록
• public이 아닌 함수도 나오도록 설정하면 소스 분석에 도움됨
• 그외 적당히 옵션 설정
5. 설정 마치고 Run 탭에서 run 실행한다.

안드로이드에서 모든 자바 애플리케이션 프로세스는 zygote 프로세스에 의해 fork된다. 자이고트 프로세스는 미리 초기화된 Dalvik 인스턴스이며, ZygoteInit, ZygoteConnection 신공을 펼쳐 새로운 자바 프로세스를 띄운다.

애플리케이션 프로세스의 쓰레드들
프로세스가 포크되고 ZygoteInit.main() -> ActivityThread.main()을 거치면서 애플리케이션의 "main" 쓰레드가 완성(?)되는데, DDMS를 통해 main 쓰레드 외에 기본적으로 생성되는 쓰레드 목록을 엿볼 수 있다.

• "main" 쓰레드는 말 그대로 main 메소드를 실행하여 생성된 쓰레드이다. main 쓰레드는 액티비티가 존재할 경우 UI 쓰레드 역할도 담당한다.
• ID 앞에 별표시가 붙은 쓰레드는 데몬(daemon) 쓰레드다. 데몬 쓰레드는 백그라운드에서 돌아가는 쓰레드로, 자바 프로세스는 데몬 쓰레드를 제외한 모든 쓰레드가 종료한 시점에 종료된다.
  HeapWorker 쓰레드는 가비지콜렉션(GC)을 수행하는 쓰레드인 듯하며, Signal Catcher 쓰레드는 뭐하는 놈인지 잘 모르겠다. JDWP 쓰레드는 애플리케이션 디버깅을 위한 쓰레드로 VM과 디버거를 연결해준다.
• Binder Thread가 2개 있는데 다른 프로세스와의 통신(IPC) 작업을 빠르게 처리하기 위해 마치 DB커넥션풀처럼 미리 만들어둔 것으로 보인다.(확실치 않음)

main 쓰레드 생성 직후부터 Activity가 만들어지기까지의 과정

1. zygote에 의해 자바 프로세스가 포크되면서 ZygoteInit.main() -> ActivityThread.main() 호출
2. ActivityThread.main()은 먼저 Looper.prepareMainLooper()를 호출하여 main 쓰레드를 위한 메인 메시지 루프를 초기화함
3. ActivityThread 인스턴스가 생성되고, ActivityThread는 ApplicationThread 인스턴스를 생성하는데, ApplicationThread는 system_server 프로세스의 ActivityManagerService 서비스와 상호작용하기 위한 IBinder 객체로서 작동
4. 이 시점에 프로세스는 system_server 프로세스로부터의 IPC 콜을 기다릴 뿐 다른 일은 하지 않음. Application과 ApplicationContext 객체도 아직 생성되지 않음. 이들 객체는 애플리케이션 프로세스가 실제로 어떤 일을 할 때 생성됨(즉, 액티비티를 시작하거나 인텐트를 수신하거나 서비스를 시작하는 등의 작업)
5. 이제 애플리케이션에서 실행해야할 액티비티가 있다면, ActivityManagerService가 RPC 호출을 통해 애플리케이션 프로세스의 ApplicationThread.scheduleLaunchActivity()를 실행
6. ApplicationThread는 ActivityThread에 메시지를 전달하여 액티비티를 시작하도록 요청
7. ActivityThread는 Application과 ApplicationContext 객체를 생성
8. 그리고 Instrumentation을 이용하여 마침내 액티비티 자바 객체를 생성하고 액티비티의 onCreate()를 호출

main 쓰레드 스택트레이스 샘플 : NotePad 예제 애플리케이션의 NotesList 액티비티

안드로이드는 스윙과 마찬가지로 싱글 쓰레드 GUI 모델이 적용되어 있다.
즉 UI를 그리거나 갱신하는 쓰레드는 하나뿐이라는 것이다. 그 쓰레드는 바로 안드로이드의 주요 컴포넌트들이 실행되는 "main" 쓰레드이다. 모든 UI 관련 코드는 main 쓰레드에서 실행된다.

스윙에서 응답없음(unresponsive) 현상을 막기 위해 백그라운드에서 돌아가는 worker 쓰레드를 만든 것처럼, 안드로이드에서도 오래 걸리는 작업은 UI 쓰레드(= main 쓰레드)에서 처리하지 말고 별도의 쓰레드를 만들어 처리해야 한다. 그렇지 않으면 화면을 갱신하고자 하는 모든 코드는 block 당하여 ANR이 발생할 것이다.

오래 걸리는 작업에는 무엇이 있나?
- 파일 처리
- 네트워크 조회
- 다량의 DB 트랜잭션
- 복잡한 계산

그럼 백그라운드 쓰레드(Worker Thread)를 만드는 방법은?
- UI 쓰레드와 상호작용 없으면 그냥 Thread.start()에서 처리하면 된다.
- 그러나 작업후 결과를 UI에 반영(즉 UI 쓰레드와 통신)해야 한다면 Handler 등을 이용해야 한다.

다른 쓰레드에서 UI 쓰레드에 액세스하는 방법

Handler는 무엇인가?
- 쓰레드간 상호작용을 위한 일반적인 목적의 클래스
- 작업 쓰레드(=자식 쓰레드)에서 부모 쓰레드(=Handler 객체를 생성한 쓰레드)에 Message 및
  Runnable(부모 쓰레드에서 처리할 작업) 전달(send/post 메소드)
- 자식 쓰레드에서 handler를 통해 전달되는 Message와 Runnable은 부모 쓰레드의 메시지큐에 들어감
- 내부적으로 Runnable도 결국은 Message로 변환(Message.callback=runnable)되어 메시지큐에 들어감
- Handler 객체를 생성한 쓰레드(부모 쓰레드)에서는 Looper를 통해 MessageQueue를 만들어 놓아야 함
- UI쓰레드(= main쓰레드)는 ActivityThread.main()에 의해 생성되는데, 여기서 Looper를 통해
  UI 쓰레드용 메시지 큐가 이미 만들어져 있으므로 우리가 UI 쓰레드용 메시지큐를 만들 필요는 없음
- HandlerThread 클래스는 Looper를 가진 쓰레드를 쉽게 만들기 위한 용도

* 안드로이드 쓰레드에 대한 'i티거'님의 글 참조

http://tigerwoods.tistory.com/26 Thread 구현하기1

1. ActivityManagerService는 ActivityThread를 호출하여 액티비티 런치.
   ActivityThread.performLaunchActivity()에서 Activity인스턴스 생성하고 activity.attach() 호출
2. Activity는 attach()에서 PhoneWindow 객체 생성. 이 PhoneWindow는 액티비티내 뷰들의 root로서 DecorView 인스턴스 포함.
   
   mWindow = PolicyManager.makeNewWindow(this);
    
3. ActivityManagerService는 ActivityThread를 호출하여 액티비티를 resume시킴.
   WindowManager 인스턴스가 생성되고 decorView가 WindowManager에 추가됨.
   
   ActivityThread.handleResumeActivity()
    
4. WindowManager의 addView(decor)에서 ViewRoot 인스턴스를 생성하고 viewRoot.setView(decor) 호출
5. viewroot.setView(decor)에서 IWindowSession을 통해 WindowManagerService에 IWindow인스턴스를 추가
   
   IWindowSession.add(window) 
    

DecorView 클래스
- FrameLayout을 상속받으며, PhoneWindow의 내부 클래스로 정의됨
- 표준 윈도우 프레임 및 데코레이션을 포함하는 최상위 윈도우 뷰
- 윈도우 매니저에 윈도우로서 추가됨

ViewRoot 클래스
- WindowManager와 View 사이의 protocol을 위한 구현 포함
- Handler를 상속받음
- IWindow 서비스 구현 클래스(W)를 내부 클래스로 포함 :  class W extends IWindow.Stub

관련 AIDL
IWindowSession.aidl : 애플리케이션 --> WindowManagerService

    int add(IWindow window, ... ...); // 윈도우를 WindowManagerService에 추가
    void remove(IWindow window);   

IWindow.aidl : WindowManagerService --> 애플리케이션

    void dispatchKey(in KeyEvent event); //이벤트를 애플리케이션에 전달
    void dispatchPointer(in MotionEvent event, ...);
    void dispatchTrackball(in MotionEvent event, ...);

KeyEvent.aidl, MotionEvent.aidl : 프로세스간 전달되는 이벤트 정보


이벤트 감지 및 디스패치
이벤트를 검출하고 애플리케이션으로 디스패치하는 로직은 WindowManagerService.java에 구현되어 있다. WindowManagerService는 InputDispatcherThread와 KeyInputQueue 구현 클래스를 이용하여 이벤트를 읽어들이고 적절한 윈도우에 전달하는 일을 한다.

WindowManagerService 클래스
- KeyInputQueue 구현 클래스(KeyQ) 및 InputDispatcherThread 클래스 포함
- WindowManagerService 인스턴스 생성시 KeyInputQueue 생성 및 InputDispatcherThread 쓰레드 시작
- InputDispatcherThread는 이벤트 타입에 따라 WindowManagerService의 디스패치 메소드 호출.

       dispatchKey(KeyEvent); // 예를들어 키보드 이벤트인 경우

- 디스패치 메소드는 현재 포커스를 가진 윈도우를 찾아 이벤트 전달

     mKeyWaiter.waitForNextEventTarget(); // WindowState 찾음
     windowState.mClient.dispatchKey(event); // windowState.mClient는 IWindow 객체

- IWindow 객체는 액티비티가 resume인 상태가 되면서 ViewRoot가 WindowServiceManager에 전달한 것

KeyInputQueue 클래스
- 안드로이드에서 진짜 이벤트 큐 역할
- 인스턴스 생성시 새로운 쓰레드가 시작되면서 native boolean readEvent() 메소드를 무한루프 호출.
- 리눅스 입력 디바이스로부터 실제 이벤트를 읽어들이는 로직은 네이티브 코드로 구현됨 : EventHub
- 이벤트 읽는 과정 

   KeyInputQueue.java -> JNI -> com_android_server_KeyInputQueue.cpp -> EventHub.cpp -> Device

InputDispatcherThread 클래스
- Event-Dispatch Thread 구현 클래스(?)
- 무한루프 돌면서 이벤트 큐에서 이벤트를 꺼내 WindowManagerService의 디스패치 메소드 호출

이벤트 유형
- 키보드 : RawInputEvent.CLASS_KEYBOARD
- 트랙볼 : RawInputEvent.CLASS_TRACKBALL
- 터치스크린 : RawInputEvent.CLASS_TOUCHSCREEN
- 설정 변경 : RawInputEvent.CLASS_CONFIGURATION_CHANGED

이벤트 정보를 담고 있는 핵심 클래스
- 키보드 이벤트 : KeyEvent
- 터치 or 트랙볼 이벤트 : MotionEvent


애플리케이션에서 이벤트 처리 과정(키 이벤트 중심)

이벤트를 전달받은 애플리케이션 윈도우는, 뷰 트리의 최상위부터 시작해서 실제 포커스를 가진 뷰까지 경로를 따라 이벤트를 디스패치한다.

1. 이벤트가 발생하면 WindowManagerService는 이벤트 큐의 이벤트를 IWindow에 전달
   
   IWindow.dispatchKey(event);
    
2. IWindow(ViewRoot.W 내부클래스가 구현)는 이벤트를 ViewRoot의 dispatchKey(event)에 다시 전달
3. ViewRoot.dispatchKey()에서는 sendMessageAtTime(msg) 메소드를 통해 메시지 형태로 이벤트를 전달(왜 갑자기 여기서 Handler 메시지 형태로 이벤트를 전달하는가?)
4. 보내진 이벤트 메시지는 Handler를 상속받은 ViewRoot의 handleMessage(Message)가 처리
5. handleMessage()는 deliverKeyEventToViewHierarchy(event)를 호출
6. deliverKeyEventToViewHierarchy()는 decor view의 dispatchKeyEvent(event) 호출
   
   mView.dispatchKeyEvent(event);
    
7. decor view의 dispatchKeyEvent()에서는 현재 뷰에 리스너가 등록되어 있으면 현재 view의 리스너 콜백함수를 호출함(즉 드디어 이벤트가 처리됨)
8. 등록된 리스너가 없으면 KeyEvent의 dispatch(callback) 호출 : callback은 view 자신
9. KeyEvent.dispatch()는 다시 callback view의 onKeyDown() 호출 : 키 누름 이벤트인 경우
10. view의 onKeyDown()은 setPressed() 호출 : setPressed() ->dispatchSetPressed()
11. dispatchSetPressed()는 하위 View 클래스(예를들어 ViewGroup)에서 적절히 오버라이드됨
12. ViewGroup의 dispatchSetPressed()에서는 자식 뷰들의 setPressed()를 호출
13. 이런식으로 최종 타겟 UI 컴포넌트까지 이벤트가 디스패치됨

View 클래스
- KeyEvent.Callback 구현
- 주요 디스패치 메소드 :

    dispatchKeyEvent(KeyEvent event);
    dispatchTouchEvent(MotionEvent event);
    dispatchTrackballEvent(MotionEvent event);

ViewGroup 클래스
- XXXLayout 들의 부모 클래스
- dispatchSetPressed(boolean pressed) 메소드 코드 :

        final View[] children = mChildren;
        final int count = mChildrenCount;
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            children[i].setPressed(pressed);
        }

• 익명 클래스로 구현 : 1회성 로직 구현. 대부분 이런식으로 구현하고 있음.
• 내부 클래스 또는 액티비티 외부의 독립 클래스로 구현 : 재사용 가능함
• 액티비티가 자체 구현 : 해당 이벤트가 이 액티비티에 한개만 존재하는 경우