外文翻译译文-能源效率和执行性能的移动应用自动化分析

杭 州 电 子 科 技 大 学毕 业 设 计 （ 论 文 ） 外 文 文 献 翻 译毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目 基 于 android的 阅 读 软 件 App 设 计翻 译 题 目 能 源 效 率 和 执 行 性 能 的 移 动 应 用 自 动 化 分 析学 院 管 理 学 院专 业 信 息 管 理 与 信 息 系 统姓 名 韩 冬班 级 12031312学 号 12032321指 导 教 师 宋 艳 辉1能源效率和执行性能的移动应用自动化分析在 我 们 的 日 常 生 活 中 ， 移 动 设 备 ， 特 别 是 智 能 手 机 和 平 板 电 脑 已 经 成 为 人 们 手 中真 正 的 计 算 机 应 用 平 台 。 在 其 获 得 令 人 难 以 置 信 的 市 场 成 功 背 后 的 一 个 主 要 原 因 是 ，在 这 些 设 备 上 运 行 的 应 用 程 序 可 以 在 各 种 各 样 的 日 常 活 动 中 帮 助 到 用 户 （ 例 如 工 作 和娱 乐 ） 。那 么 拿 最 受 欢 迎 的 移 动 计 算 平 台 安 卓 （ Android） 为 例 ：截 止 到 2014 年 七 月 ， 目 前 谷 歌 官 方 商 店 已 经 拥 有 130万 个 应 用 程 序 。 这 些 应 用程 序 涵 盖 了 41个 不 同 的 类 别 ， 并 已 经 有 来 自 世 界 各 地 的 用 户 超 过 500亿 的 下 载 量 。由 于 用 户 在 日 常 生 活 中 依 赖 于 各 种 移 动 应 用 ， 所 以 这 样 的 应 用 程 序 的 用 户 体 验 就 变 得非 常 重 要 。 毫 无 疑 问 ， 在 移 动 计 算 时 代 ， 应 用 功 能 仍 然 是 影 响 用 户 体 验 的 的 一 个 关 键因 素 。 然 而 越 来 越 多 功 能 类 似 的 应 用 程 序 出 现 在 市 场 上 （ 例 如 ， 各 种 Web浏 览 器 ） ，所 以 非 功 能 性 的 特 性 ， 例 如 能 源 效 率 和 性 能 表 现 也 逐 渐 变 为 重 要 的 要 素 。然 而 ， 我 们 从 谷 歌 应 用 商 店 随 机 抽 取 的 60000个 安 卓 应 用 却 暴 露 了 一 个 令 人 震 惊的 现 实 ： 他 们 中 的 11108（ 百 分 之 十 八 点 五 ） 件 应 用 程 序 遭 受 或 正 在 遭 受 能 源 和 性 能漏 洞 。 能 源 漏 洞 能 够 默 默 的 并 且 快 速 地 用 尽 移 动 设 备 的 电 池 电 量 。 性 能 错 误 可 以 显 著减 缓 移 动 应 用 程 序 ， 使 他 们 消 耗 过 多 的 计 算 资 源 （ 例 如 ， 内 存 和 网 络 带 宽 ） 。 这 些 漏洞 对 于 客 户 的 用 户 体 验 有 很 严 重 的 影 响 并 造 成 很 严 重 的 用 户 挫 折 。 能 源 和 性 能 在 应 用程 序 的 普 及 上 是 两 大 主 要 问 题 。 首 先 ， 移 动 设 备 通 常 是 资 源 受 限 的 （ 例 如 ， 有 限 的 电池 功 率 和 内 存 ） ， 但 应 用 程 序 运 行 时 往 往 需 要 进 行 能 源 消 耗 和 计 算 密 集 型 的 任 务 ， 如网 络 通 信 和 图 形 渲 染 。 应 用 程 序 的 执 行 效 率 低 下 可 能 会 导 致 明 显 的 能 源 浪 费 和 性 能 下降 。 其 次 ， 许 多 移 动 应 用 程 序 开 发 的 个 人 开 发 商 没 有 专 门 的 质 量 保 证 。 他 们 很 难 在 确保 应 用 程 序 的 能 源 效 率 和 性 能 时 进 行 行 使 尽 职 调 查 ， 特 别 是 在 激 烈 的 竞 争 中 ， 他 们 不得 不 在 短 时 间 内 将 其 应 用 产 品 推 向 市 场 。 所 以 找 到 应 用 程 序 的 能 源 和 性 能 漏 洞 也 成 了资 源 和 性 能 优 化 的 第 一 步 。 然 而 ， 这 是 一 个 艰 巨 的 任 务 ， 因 为 能 源 效 率 低 下 和 性 能 下降 等 问 题 往 往 只 发 生 在 应 用 程 序 的 某 些 状 态 。 为 了 查 找 出 漏 洞 ， 开 发 人 员 经 常 要 广 泛测 试 他 们 的 应 用 程 序 在 不 同 的 设 备 和 执 行 能 源 和 性 能 分 析 （ 例 如 ， 测 量 能 源 或 内 存 消耗 ） 。 要 找 出 根 本 原 因 ， 他 们 往 往 要 小 心 地 把 有 关 设 施 收 集 到 的 程 序 、 收 集 大 量 的 运行 时 信 息 、 进 行 离 线 调 查 。 这 样 的 过 程 是 繁 琐 和 劳 动 密 集 型 的 。 因 此 ， 自 动 诊 断 技 术是 非 常 可 取 的 。 这 促 成 了 我 们 的 研 究 。我 们 研 究 的 目 标 是 设 计 出 实 用 的 和 自 动 化 的 分 析 技 术 ， 以 帮 助 开 发 人 员 快 速 定 位在 他 们 的 移 动 应 用 程 序 中 的 能 量 和 性 能 的 错 误 。 我 们 把 我 们 的 研 究 范 围 限 定 在 安 卓 智能 手 机 应 用 程 序 范 畴 之 中 ， 也 正 是 由 于 由 于 其 平 台 的 开 放 性 和 普 及 。 为 了 实 现 我 们 的研 究 目 标 ， 我 们 需 要 解 决 以 下 重 要 问 题 ：1 Automated analysis of energy efficiency and execution performance for mobile applications， Yepang Liu能 源 和 表 现 漏 洞 的 理 解 。 首 先 ， 移 动 计 算 平 台 是 相 对 较 新 的 。 不 论 是 研 究 团 体还 是 工 业 团 队 对 应 用 程 序 的 运 行 都 没 有 好 的 理 解 。 然 而 ， 为 了 设 计 有 用 的 技 术 ， 以 帮助 开 发 人 员 修 正 这 样 的 错 误 ， 我 们 必 须 把 深 入 了 解 这 些 错 误 放 在 第 一 位 。自 动 判 断 能 源 和 性 能 缺 陷 的 提 示 。 其 次 ， 能 源 的 错 误 可 能 会 默 默 地 耗 尽 电 池 的功 率 和 性 能 的 错 误 ， 可 能 会 逐 渐 导 致 性 能 下 降 。 但 是 这 样 的 错 误 很 少 导 致 骤 发 的 后 果（ 例 如 ， 崩 溃 ） 。 这 使 得 很 难 判 断 它 们 的 存 在 。 然 而 ， 我 们 设 计 自 动 化 分 析 技 术 的 时候 却 需 要 设 定 一 个 便 于 判 断 机 械 能 源 效 率 和 性 能 退 化 的 标 准 。为 了 解 决 这 些 问 题 ， 我 们 收 集 并 进 行 了 大 规 模 的 Android应 用 程 序 实 际 的 性 能 和能 耗 漏 洞 的 实 证 研 究 。 我 们 仔 细 研 究 了 这 些 问 题 出 现 的 特 点 ， 如 他 们 表 现 的 机 制 和 自我 诊 断 的 困 难 ， 并 确 定 了 几 种 导 致 能 源 浪 费 和 性 能 下 降 常 见 的 原 因 。在 能 源 缺 陷 的 实 证 研 究 中 ， 我 们 观 察 到 了 两 种 常 见 的 造 成 能 量 浪 费 的 原 因 ：1 传 感 器 的 失 灵 和 唤 醒 锁 的 问 题 。 许 多 安 卓 应 用 程 序 会 调 用 智 能 手 机 内 置 的 传 感器 （ 例 如 ， 全 球 定 位 系 统 或 者 其 他 定 位 系 统 ） ， 来 不 断 探 测 用 户 的 物 理 和 网 络 环 境 ，以 提 供 各 种 用 户 需 要 的 服 务 （ 例 如 ， 导 航 功 能 ） 。 应 用 程 序 如 果 使 用 一 个 传 感 器 ， 需要 在 安 卓 系 统 上 注 册 一 个 监 听 器 。 当 传 感 器 不 再 被 使 用 时 ， 该 侦 听 器 应 该 是 未 注 册 的 。同 样 的 是 ， 为 了 使 一 个 手 机 保 持 清 醒 的 计 算 状 态 ， 应 用 程 序 必 须 从 安 卓 系 统 中 获 得 一个 唤 醒 锁 。 当 计 算 完 成 后 ， 所 获 得 的 唤 醒 锁 也 应 该 被 注 销 。 忘 记 注 销 传 感 器 监 听 器 或释 放 唤 醒 锁 会 很 快 耗 尽 电 池 的 电 量 。2 感 官 数 据 的 占 用 。 传 感 操 作 所 消 耗 的 内 存 相 当 大 ， 因 此 应 用 程 序 得 到 的 感 官 数据 应 该 有 效 利 用 并 给 用 户 带 来 便 利 。 所 以 感 官 数 据 的 利 用 （ 例 如 ， 用 于 可 视 化 的 的GUI） 经 常 导 致 能 源 浪 费 。为 了 自 动 检 测 到 这 种 能 源 消 耗 的 漏 洞 ， 我 们 设 计 一 个 动 态 的 分 析 技 术greendroid。 Greendroid 通 过 生 成 用 户 交 互 事 件 序 列 ， 系 统 地 执 行 一 个 对 Android应 用 程 序 的 状 态 空 间 的 探 索 。 在 执 行 过 程 中 ， 它 跟 踪 每 一 个 调 用 系 统 的 应 用 程 序 中 转变 ， 传 播 和 消 费 的 感 官 数 据 ， 并 分 析 是 否 有 效 地 利 用 数 据 ， 它 还 监 视 传 感 器 /唤 醒 锁是 否 正 确 注 册 /获 取 和 未 注 册 /发 布 。 为 了 评 估 greendroid的 效 率 ， 我 们 应 用 它 来 分析 14个 流 行 的 开 源 的 Android应 用 程 序 。 Greendroid在 几 分 钟 内 完 成 了 对 这 些 应 用程 序 的 分 析 。 经 过 开 发 者 的 证 实 ， 它 成 功 地 定 位 了 于 13个 应 用 程 序 中 真 实 存 在 的 能源 问 题 ， 另 外 还 发 现 了 以 前 未 发 现 的 的 漏 洞 。 我 们 还 邀 请 了 开 发 者 对 于 漏 洞 进 行 修 补 。这 些 评 估 结 果 证 明 了 greendroid的 效 率 和 有 效 性 。在 性 能 缺 陷 的 实 证 研 究 中 ， 我 们 也 观 察 到 了 2种 常 见 的 导 致 性 能 退 化 的 原 因 ：1 在 主 线 程 中 进 行 冗 长 的 操 作 。 默 认 情 况 下 安 卓 系 统 的 应 用 程 序 都 是 在 一 个 单 独的 名 为 “ 主 线 程 ” 的 线 程 上 运 行 的 。 此 线 程 主 要 用 于 处 理 用 户 交 互 事 件 ， 因 此 在 线 程中 运 行 的 应 用 程 序 应 该 尽 可 能 减 少 对 于 线 程 的 占 用 。 在 “ 主 线 程 ” 中 运 行 冗 长 的 操 作会 大 幅 度 减 缓 应 用 程 序 的 响 应 速 度 。2 太 多 频 繁 且 大 量 的 回 调 。 因 为 Android 应 用 程 序 是 由 事 件 驱 动 的 ， 经 常 由 一 组函 数 回 调 。 一 些 回 调 经 常 通 过 Android 操 作 系 统 来 调 用 ， 因 此 需 要 大 量 占 用 内 存 。 高频 度 调 用 的 回 调 可 以 显 著 降 低 应 用 程 序 的 速 度 。而 为 了 自 动 检 测 性 能 上 的 缺 陷 ， 我 们 设 计 了 一 个 轻 量 级 的 静 态 分 析 技 术perfchecker。 Perfchecker 的 关 键 是 自 动 扫 描 一 个 Android 应 用 程 序 的 字 节 码 并 且通 过 这 样 鉴 定 这 一 组 检 查 的 效 率 。 然 后 ， 它 分 析 检 查 点 的 实 施 是 否 违 反 了 制 定 的 效 率规 则 ， 并 通 过 现 实 世 界 的 研 究 来 修 补 程 序 。 为 评 价 perfchecker 的 实 用 性 ， 我 们 对39 个 流 行 的 Android 应 用 程 序 （ 29 开 源 和 10 商 业 ） 进 行 大 规 模 的 试 验 研 究 并 建 立 了一 个 广 泛 使 用 的 应 用 程 序 开 发 库 。 Perfchecker以 每 一 个 程 序 几 秒 或 几 分 钟 的 效 率 快速 地 完 成 分 析 。 它 成 功 地 检 测 到 了 178 个 先 前 未 知 的 性 能 错 误 ， 其 中 88个 被 迅 速 确认 。 我 们 通 过 比 较 实 验 证 实 ， 这 些 固 定 的 检 测 到 的 性 能 错 误 ， 确 实 影 响 性 能 。 这 些 评估 结 果 可 以 确 认 perfchecker的 效 率 和 有 效 性 。为 了 总 结 以 上 成 果 ， 本 文 做 出 了 以 下 归 纳 ：在 安 卓 应 用 的 研 究 中 ， 我 们 进 行 了 大 规 模 的 能 源 和 性 能 缺 陷 的 实 证 研 究 。 我 们 的研 究 结 果 可 以 帮 助 理 解 这 些 错 误 的 特 点 ， 并 了 提 供 相 关 的 研 究 信 息 。我 们 提 出 了 一 个 动 态 的 分 析 技 术 greendroid帮 助 开 发 者 在 Android应 用 程 序 能自 动 诊 断 能 源 错 误 的 常 见 模 式 。