526互联

MacOs前后台调度优先级观察

发布时间 2023-05-26 17:21:17作者: mooooonlight

场景构造

用swiftui写6个一摸一样的helloworld程序，间隔1s刷新展示一个不断递增的数字。分别将6个应用至于前台焦点（App_Foreground）、前台非焦点完全可见（App_Complete_Visiable）、半遮挡(App_Partially_Visiable)、被完全遮挡(App_Unvisiable)、最小化（App_Minimize）、隐藏（App_Hide）。如图所示，然后用instruments抓一段10s左右的trace：

注：隐藏应用指通过右键Dock栏点击隐藏这个动作。最小化即点击窗口左上角的最小化小圆圈。

优先级分布情况

打开每个进程观察它的Context Switch Points视图，里面可以看到每次线程上下文调度的优先级，依次对不同的可见状态下的应用进行分析。
注： 线程状态有好多种：Running、Runnable、Blocked等，这里先研究运行态的优先级和是否可见的关联关系，后文如果没有特殊说明，优先级的变化均指Running态的变化。

进程内的线程优先级的策略异同

这个简单的demo进程中包含很多个线程，不同的线程的优先级分布也是不一样的，各个进程包含的线程名及其个数罗列如下，可以看到，每个应用都有一个主线程、事件处理线程、workloop线程， 另外有n个start_wqthread线程，这个线程的用处暂无进一步进行研究：

线程名 App_Foreground App_Complete_Visiable App_Partially_Visiable App_Unvisiable App_Minimize App_Hide
Main Thread（UI线程） 1 1 1 1 1 1
com.apple.NSEventThread （事件处理） 1 1 1 1 1 1
dispatch_workloop_worker_thread（猜测定时器） 1 1 1 1 1 1
start_wqthread 4 2 3 2 2 2
以进程名命名的线程 1 1 1 1 1 1

线程切换running总次数和执行时间查看方法：

MainThread优先级比较

应用 优先级变化趋势 线程切换running总次数 总执行时间（ns）
App_Foreground trace记录中一开始主线程优先级为46，焦点点击到主线程后优先级变为稳定的47 4160 379980
App_Complete_Visiable 稳定46 960 92880
App_Partially_Visiable 稳定46 990 92790
App_Unvisiable 大部分优先级为4，少部分优先级为46 625 36460
App_Minimize 大部分优先级为4，少部分优先级为46 382 41740
App_Hide 大部分优先级为4，少部分优先级为46 283 38950

前台焦点进程的优先级变化趋势图（3.524s左右切换为焦点应用）：

不可见进程的优先级变化趋势图：

com.apple.NSEventThread 线程的优先级比较

应用 优先级变化趋势 线程切换running总次数 总执行时间（ns）
App_Foreground 一开始线程优先级为46，切换为焦点后优先级变为稳定的47 4512 152360
App_Complete_Visiable 稳定46 692 27140
App_Partially_Visiable 稳定46 888 26750
App_Unvisiable 稳定46 12 274
App_Minimize 稳定46 4 203
App_Hide 稳定46 5 294

dispatch_workloop_worker_thread 线程的优先级比较

应用 优先级变化趋势 线程切换running总次数 总执行时间（ns）
App_Foreground 3%的46， 94%的37，2%的31 298 6050
App_Complete_Visiable 1次46，99%为37 63 2550
App_Partially_Visiable 12%的46， 52%的37，36%的31 26 1460
App_Unvisiable 4%的46， 96%的4 50 1600
App_Minimize 30%的46，70%的4 10 441
App_Hide 50%的46，50%的4 10 271

start_wqthread 线程的优先级比较

应用 优先级变化趋势 线程切换running总次数 总执行时间（ns）
App_Foreground 大部分37 1809 27622
App_Complete_Visiable 大部分37 233 4727
App_Partially_Visiable 大部分46，少部分37 21 611
App_Unvisiable 大部分46，1次4 6 145
App_Minimize 大部分46，少部分37 56 1170
App_Hide 大部分37、46，几次31 59 1363

明确的结论

这里的结论，前提是轻载，没有特意加压观察：

  • 焦点进程的主线程的优先级为47，非焦点可见进程（包括半遮挡）的主线程的优先级为46。不可见进程的主线程优先级会降低，大部分时间为最低的优先级4。
  • 焦点进程的事件处理线程的优先级为47， 其余进程的事件处理线程的优先级为46，均保持较高的优先级
  • workloop线程和start_wqthread线程（代表业务逻辑）大部分优先级低于UI和事件处理线程
  • 前台可见的进程执行的逻辑更多，运行时间更长，不可见和最小化进程包括UI、事件处理、业务逻辑都很少（Nap？）

遗留问题

  • 应用的线程模型的进一步研究，如workloop线程到底是不是定时器线程，start_wqthread线程的主要工作内容、以进程名字命名的线程名的主要功能等。
  • 线程状态的进一步研究，如Running、Runnable、Blocked的状态机模型是什么样的，网上没有找到对应的资料。
  • 重载下的线程优先级是否相比轻载会发生变化。
  • 可见应用除了优先级的区别，和大小核是否也有关联关系。
  • 不可见应用执行逻辑更少，是因为NAP机制？但是定时器的数字和前台基本一致。