技术精讲

一个幽灵，性能问题的幽灵，在游戏项目内徘徊。过低的帧率、随机的卡顿，以其高度的隐蔽性和修复难度，犹如噩梦般，困扰着项目进度、程序开发以及未来的市场口碑。面对资料的匮乏或不合适的工具，开发人员难以定位并修复问题。整个项目，自上而下弥漫着担忧的氛围。

本文的主要目的，在于讲述一些通用的性能分析的方法，帮助各位定位分析游戏中的性能问题。希望这篇文章，犹如在性能分析的荒漠痛苦前行时，能够解渴的一杯水，帮助各位学会停止担忧并爱上性能分析。

在解答这个问题之前，首先需要明白，CPU在游戏这个舞台上的角色。CPU的主要角色是进行物理计算、AI计算以及提交GPU绘制命令。过多的物理和AI计算，可能影响GPU绘制命令的提交，加上不合理的GPU绘制命令提交，就会使得GPU无法发挥峰值性能。所以，游戏CPU性能问题，其实就是木桶的最短木板问题。不合理的CPU调用，就是导致木桶水位下降的那块最短木板。合理化CPU调用，使得GPU发挥峰值性能，问题自然迎刃而解。

那么，理想的CPU性能分析工具是什么样的呢？在游戏CPU性能问题浮现时，自然会去寻找分析工具。各个CPU厂商、操作系统，都有一套基于硬件性能计数器的CPU性能分析工具。然而，这些传统CPU性能分析工具是否适合游戏呢？

答案是：是，也不是。他们在游戏CPU性能分析中，发挥着重要的作用，但是不适合做初步分析。传统的CPU性能分析工具默认统计的是每个函数的运行效率，但占据CPU时间最高的函数，可能并不是导致帧率下降的罪魁祸首。游戏的表现基于时间线而非函数，前一秒表现正常的函数不代表下一秒不会导致掉帧。因此，统计结果需要基于时间线，而非函数名展现，才能找到某段时间内表现不正常的函数。

基于时间线的结果展示，很多传统CPU性能分析工具已经实现。但这仍旧缺少一个至关重要的因素：表现不正常的是哪段时间。游戏的主要性能指标是基于GPU，帧率的降低意味着CPU没有发挥出GPU的峰值性能。所以，和CPU同步的、基于时间线的GPU使用率也是必不可少的，由此就能得知GPU表现不正常的时间段。

综上所述，理想的游戏CPU性能分析工具包含：

1. 基于时间线的GPU使用率统计，用以确定帧率表现不正常的时间段。

2. 和GPU同步的、基于时间线的CPU函数调用统计，用以发现帧率表现不正常的时间段内不合理的CPU函数调用，进行初步分析。

3. CPU性能计数器，用以调查不合理的CPU函数内部硬件性能问题，进行深入分析。

为了找到合适的工具进行分析，本文将介绍一些可供选择的工具。其中，Windows Performance Toolkit (WPT) 内的Windows Performance Recorder (WPR)和Windows Performance Recorder User Interface (WPRUI)是获取事件跟踪（ETW）的标准工具。然而，由于ETW可以记录几乎所有操作系统的事件，WPR和WPRUI里的选项非常庞杂。此外，它们没有快捷键可以在后台启动，必须从游戏窗口切换到桌面开启记录，游戏窗口的失焦必定导致游戏帧率下降，从而导致收集到的数据失真。因此，一个无需设置、有快捷键、随开随用的ETW记录工具是一个理想的选择。

这里比较推荐UIforETW，它是一个开源的、可视化管理ETW的解决方案。UIforETW可以方便地管理捕获的ETW文件，并提供了后台快捷键，事件捕获随开随关。其选项足以应对绝大多数C/C++为开发语言的游戏，操作方便快捷。唯一需要注意的是GPU跟踪默认未勾选，勾选以后便能捕获GPU队列数据。

通过使用ETW进行初步性能分析，可以快速定位问题所在。例如，通过分析ETW记录，可以发现GPU渲染队列有明显的空隙，只需展开游戏进程，查看此时间段内的CPU调用，就能很容易地发现问题所在。由此，将CPU导致的GPU性能问题简化为队列填空问题，移除或修复不合理的CPU函数调用，保证GPU队列的满负荷使用。

此外，本文还提供了一个实际游戏项目的案例，通过分析并解决一个随机掉帧卡顿的问题，验证了理论的有效性。在项目中，通过清除着色器缓存，保证没有消耗资源的后台进程以减少干扰，运行游戏之后使用UIforETW开启捕获，发现卡顿后关闭捕获，便能获得一份干净的ETW记录。使用GPUView打开ETW记录，发现大量的GPU渲染队列空隙。通过配置好PDB路径，放大空隙，展开游戏进程，发现可疑的线程调用堆栈，从而找到了问题所在。

最后，本文介绍了几个可以分析ETW的工具，如GPUView、Windows Performance Analyzer (WPA)、Visual Studio Concurrency Visualizer和Superluminal。每个工具都有其特点和优势，用户可以根据自己的需求选择合适的工具。正确的问题能够促使用户寻找正确的答案，无论何时何地，答案并非唯一，但问题才是关键。

通过本文的学习，希望能帮助各位在游戏项目中更好地定位和解决性能问题。后续还将有更多专题内容分享，欢迎各位将自己感兴趣的问题在评论区告知我们，或许就会成为下次分享的主题！

Harry

AMD DevTech Engineer，专注于帮助游戏开发者高效利用AMD处理器。其工作内容包括：分析PC应用程序以及游戏在AMD处理器上的性能问题，以及开发基准测试。