Android性能测试之网络流量

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APP的网络流量消耗对于用户来说是较为敏感的,因为有可能会和钱挂钩。若APP开发时在这方面没有控制好,很有可能会给用户带来不好的体验。

上周我们介绍了CPU相关的性能测试,那这次我们就将简要介绍下网络流量相关的统计。

名词解释

网络流量是指,能够连接网络的设备在网络上所产生的数据流量。

性能数据给出的网络流量性能数据可以区分接收流量和发送流量:

  • 接收流量:应用运行期间,网卡的下行流量,单位是字节
  • 发送流量:应用运行期间,网卡的上行流量,单位是字节

方案介绍

流量测试的工具和方法有很多,根据实现原理主要归为以下这3类:

  • 读取linux流量统计文件
  • 利用Android流量统计API
  • Tcpdump抓包 + wireshark分析

由于第三种方式需要手机Root,因此暂不在本文内讨论,接下来将会主要介绍前2种方式。

读取linux流量统计文件

Android是基于linux的一个操作系统,类似于上篇提到的,可以通过/proc/pid/stat的方式获取CPU数据一样,流量数据在linux下是也以文件的形式存在的。

与流量数据相关的有这么几个文件:

  • /proc/net/dev ,文件中记录了整个系统的流量情况
  • /sys/class/net,可以找到相关类别的目录,在其子目录statistics下游rx_bytestx_bytes记录收发流量
  • /proc/uid_stat/{uid} ,目录中有tcp_rcvtcp_snd,分别代表总的接收字节数总的发送字节数,适用于低版本手机
  • /proc/net/xt_qtaguid/stats,可以找到UID对应不同网络接口的rx_bytes(接收数据)和 tx_bytes(传输数据)

1. 读取/proc/net/dev文件的方式

文件中记录了整个系统的流量情况,示例结果如下:

图片

其中最左侧的是网络接口名,Receive表示接收数据,Transmit表示发送数据:

  • bytes表示收发的字节数
  • packets表示收发正确的包量
  • errs表示收发错误的包量
  • drop表示收发丢弃的包量

图中,wlan0是WIFI网络使用的接口,而rmnet0是GPRS使用的接口。但是,并不是所有机器都是用wlan0来表示WIFI接口,同样也不是所有rmnet0来表示GPRS,这些字段的表示都与ROM相关。甚至存在一些ROM中没有/proc/net/dev文件。

因此实际进行流量检测时,需要对字段进行适配,例如WIFI流量的字段可能有:wlanethathwlanip6tnl等。

但该统计方式更主要的问题是:

  • 流量数据不区分应用,实际获取的是整个手机一段时间内的流量情况,而非指定APP的

2. 读取/sys/class/net目录下数据的方式

/sys/class/net中实际给出了实际设备统计数据的软链:

图片

找到相关类别的目录,在其子目录statistics下游可以通过rx_bytestx_bytes查看收发流量:

/proc/net/dev一样,这种方式也不区分应用。

3. 读取/proc/uid_stat/{uid}目录下数据的方式

和前两种方式不同,这种方式可以获取不同uid的网络流量数据。

UID的获取

关于UID,这边先简单地进行下说明。在Linux系统中,UID表示的是User Identifier,主要用于表示是哪位用户运行了该程序。但在Android系统中,由于Android系统本身就为单用户系统,这时UID就被赋予了新的使命,主要用于实现数据共享。具体地,Android系统为每个应用都分配了一个UID,不同apk的UID几乎都是互不相同的,而对于不同UID的apk,不能共享数据资源。之所以用『几乎』,是因为有时候同一厂家会存在多个产品,并且希望能在多个apk之间实现数据共享,这个时候,便可通过在menifest配置文件中指定相同的sharedUserId,然后在Android系统中安装应用时便会分配相同的UID。

获取UID的方法有多种,以今日头条APP为例:

  1. dumpsys package
    adb shell dumpsys package

    结果中在 Package: 段中,userId= 后的即为应用的UID

  2. cat /proc/{pid}/status
    当我们确认需要查得进程的PID之后,可以读取打印其status文件,其中Uid行即为UID;这有一个缺点是,必须得进程启动的时候才能看:

获取到UID后,可以进入/proc/uid_stat/{uid}目录,通过tcp_rcvtcp_snd获取对应流量信息。

存在的问题是:

  • 只针对TCP协议网络的消耗统计
  • 高版本机型上不存在该路径,在Android 4.3.1 及之后的版本中,该路径都不存在了

4. 读取/proc/net/xt_qtaguid/stats文件的方式

相较 /proc/uid_stat/{uid}而言,从/proc/net/xt_qtaguid/stats获取网络流量统计会更全面,Android机型兼容性更优。实际上后面会提到,Android提供的流量统计API – TrafficStats中,对uid进行流量统计的方法,底层就是读取了该文件。

示例结果如下:

图片

idx那行代表了文件头,下面对应的是数据。简单介绍几个我们比较关注的列:

  • iface代表网络接口
  • accttaghex代表socket
  • uidtagint是UID
  • cnt_set实际上就是一个标志位,0代表前台流量,1代表后台流量
  • rx_bytesr代表receive,是接收数据
  • tx_bytest代表transmit,是传输数据

其中第4列uidtagint是UID,第6和8列为 rx_bytes(接收数据)和 tx_bytes(传输数据)包含tcp,udp等所有网络流量传输的统计。

通过上一小节的方法我们可以获取UID,之后便可以在流量信息中过滤出该UID相关的流量数据:

$ adb shell cat /proc/net/xt_qtaguid/stats | grep 16374 38 wlan0 0x0 16374 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 39 wlan0 0x0 16374 1 42238288 30379 1031276 20444 42238288 30379 0 0 0 0 1031276 20444 0 0 0 0

将所有UID相关的 rx_bytes 相加作为 应用接收流量, tx_bytes 相加作为 应用发送流量。

获取APP在当前时刻的累计WIFI流量数值的伪代码如下:

def _get_net_stat(self): ret_code, output = device.adb.exec_cmd('shell cat /proc/net/xt_qtaguid/stats') # 建议不要用 | grep ,很多手机上不支持 if ret_code == 0 and len(output) > 0 and 'No such file or directory' not in output: r, s = 0, 0 for line in output: line = line.strip().split() if len(line) > 8 and 'wlan' in line[1] and line[3] == app_uid: r += long(line[5]) s += long(line[7]) return (r, s) return False

我们只需要间隔时间去获取当前APP的累计流量数据,并计算差值,便可得到每小段时间内的流量消耗;将整个测试期间的数据汇总,便可以得到网络流量性能数据结果了。

利用Android流量统计API

TrafficStats

Android 2.2 版本开始加入了 android.net.TrafficStats 类来实现对流量统计的操作。

类中提供了多种静态方法可以直接调用,返回类型均为long型;若返回-1,则代表当前设备不支持统计。

部分函数如下所示:

static long getMobileRxBytes() //获取通过移动数据网络收到的字节总数 static long getMobileTxBytes() //通过移动数据网发送的总字节数 static long getTotalRxBytes() //获取设备总的接收字节数 static long getTotalTxBytes() //获取设备总的发送字节数 static long getUidRxBytes(int uid) //获取指定uid的接收字节数 static long getUidTxBytes(int uid) //获取指定uid的发送字节数 

通过文档及上述函数可以知道,TrafficStats能够获取设备的数据流量和总的网络流量消耗;也可以查询uid对应的流量信息;此外,它的使用不需要特别的权限。

其中getUidRxBytesgetUidTxBytes实际上底层是通过读取/proc/net/xt_qtaguid/stats后对内容进行解析来实现的。

但是它也存在一些限制:

  • 数据在手机重启后会清空,即所有获得的数据都是从开机到当前时刻的流量值:如果需要对流量进行持续统计,需要将数据持久化,在手机重启时将数据读出并进行累加。
  • 无法获取应用的数据流量消耗:虽然API提供了获取指定uid的流量,但无法区分不同网络类型下的消耗;间接方法是通过监听网络切换,做好流量记录。
  • 无法获取某个时间段内的流量消耗:提供的API中没有与时间参数有关的。

NetworkStatsManager

Android 6.0开始,官方提供了 NetworkStatsManager,可以获取更具鲁棒性的网络历史数据。

部分函数:

// 查询指定网络类型在某时间间隔内的总的流量统计信息 NetworkStats.Bucket querySummaryForDevice(int networkType, String subscriberId, long startTime, long endTime) // 查询某uid在指定网络类型和时间间隔内的流量统计信息 NetworkStats queryDetailsForUid(int networkType, String subscriberId, long startTime, long endTime, int uid) // 查询指定网络类型在某时间间隔内的详细的流量统计信息(包括每个uid) NetworkStats queryDetails(int networkType, String subscriberId, long startTime, long endTime) 

通过文档及上述函数可以发现,NetworkStatsManager 相较 TrafficStats 而言打破了原本查询限制,而且统计信息也不再是设备重启以来的数据。

但是它仍然也存在一些限制:

  • 使用需要额外的权限android.permission.PACKAGE_USAGE_STATS,这个是系统权限,需要引导用户开启。

自带工具

除了上面提到了两种方式,也可以在日常开发或者使用中,利用一些自带工具查看网络流量趋势。

  • 手机自带流量监控
  • 从Android 4.0开始,DDMS(Dalvik Debug Monitor Server)也提供了网络流量使用情况的监控。图片
  • 除此之外,Android Studio等开发IDE也自带了Network Monitor,可以在开发测试过程中辅助进行性能问题排查。图片

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