统计模块 (Statistics)

源码路径: modules/statistics/

概述

统计模块负责 Apollo 自动驾驶系统的运行时监控，包含三个子模块：延迟统计 (latency)、进程统计 (process) 和 资源统计 (resource)。三个子模块均为 Cyber RT 的 TimerComponent，按定时器周期采集指标数据，并通过 Cyber Writer 将 Protobuf 消息发布到对应 topic。

整体启动配置在 statistics.launch 中声明，加载三个 DAG：

• resource_statistic.dag
• process_statistic.dag
• latency_statistic.dag

核心类

LatencyStatisticComponent

命名空间: apollo::latency_statistic

头文件: modules/statistics/latency/latency_statistic_component.h

职责: 订阅自动驾驶管线各模块（补偿器、感知、预测、规划、控制）的消息，以 lidar_timestamp 为键关联同一帧数据，计算链路延迟 (chain) 和各模块处理延迟 (proc) 的 min/max/avg 统计值。

关键数据结构:

struct Metric {
    uint64_t compensator = 0;
    uint64_t perception = 0;
    uint64_t prediction = 0;
    uint64_t planning = 0;
    uint64_t control = 0;
};

struct Result {
    std::vector<uint64_t> compensator_chain_list;
    std::vector<uint64_t> compensator_proc_list;
    // ... perception/prediction/planning/control 同上
};

成员变量:

成员	说明
latency_map_	以 lidar_timestamp 为键的延迟数据 map
latest_stamp_	最新消息时间戳，用于过期清理
lock_	保护 latency_map_ 的互斥锁
metric_writer_	发布 LatencyMetrics 的 Writer

常量:

constexpr uint32_t MAX_SAMPLE_SIZE = 50;          // 最大采样数
constexpr uint32_t EXPIRED_NANOSECONDS = 3000000000; // 3 秒过期
constexpr uint32_t NANO_TO_MILLI = 1000000;        // 纳秒转毫秒

ProcessStatisticComponent

命名空间: apollo::process_statistic

头文件: modules/statistics/process/process_statistic_component.h

职责: 周期性扫描 /proc/[0-9]*/cmdline，识别系统中运行的三类进程：

1. mainboard DAG — 通过 -d 参数提取 DAG 路径
2. mainboard 进程组 — 通过 -p 参数提取进程组名
3. 通用进程 — 通过配置中的正则列表匹配

使用缓存机制避免重复解析，每 60 个周期清理超过 10 秒未更新的缓存条目。

关键数据结构:

struct CacheMetric {
    uint64_t timestamp;
    std::vector<std::string> mainboard_dags;
    std::string mainboard_process;
    std::string general_process;
};

成员变量:

成员	说明
general_process_regex_list_	配置加载的通用进程正则列表
cache_	cmd_string -> CacheMetric 的哈希缓存
cycles	周期计数器，每 60 次触发缓存清理
metric_writer_	发布 ProcessMetrics 的 Writer

ResourceStatisticComponent

命名空间: apollo::resource_statistic

头文件: modules/statistics/resource/resource_statistic_component.h

职责: 聚合四类硬件资源指标的采集器，每次 Proc() 调用收集 CPU、GPU、内存、磁盘的使用数据，打包为 ResourceMetrics 消息发布。

成员变量:

成员	说明
cpu_statistic_	CpuResourceStatistic 实例
gpu_statistic_	GpuResourceStatistic 实例
disk_statistic_	DiskResourceStatistic 实例
mem_statistic_	MemoryResourceStatistic 实例
metric_writer_	发布 ResourceMetrics 的 Writer

CpuResourceStatistic

头文件: modules/statistics/resource/cpu_resource_statistic.h

从 /proc/stat 读取系统 CPU jiffies，计算瞬时使用率（对比两次采样的 work_jiffies / total_jiffies）。温度从 /sys/class/hwmon/hwmon*/temp*_input 读取，取最大值（单位从毫摄氏度转为摄氏度）。

GpuResourceStatistic

头文件: modules/statistics/resource/gpu_resource_statistic.h

平台差异化实现：

• x86_64: 通过 NVML 库获取 GPU 数量、使用率和温度，取多卡平均使用率和最高温度
• aarch64 (Jetson): 解析 tegrastats 命令输出，正则提取 GR3D_FREQ 使用率和 GPU@温度C

MemoryResourceStatistic

头文件: modules/statistics/resource/memory_resource_statistic.h

从 /proc/meminfo 读取 MemTotal 和 MemAvailable（前 3 行），计算 used = total - available，输出 total/used/available (MB) 和使用率百分比。

DiskResourceStatistic

头文件: modules/statistics/resource/disk_resource_statistic.h

启动时通过正则配置匹配 /proc/mounts 中的磁盘设备，运行时从 /proc/diskstats 读取 IO 时间计算磁盘负载百分比，从 boost::filesystem::space 获取容量使用情况。

核心函数

LatencyStatisticComponent

函数	说明
Init()	从 gflags 初始化各模块 topic，创建 Reader 订阅和 Writer 发布
Proc()	遍历 latency_map_，清理过期/超量数据，计算延迟并发布
CreateReaders()	为五个模块 topic 创建带回调的 Reader
CreateReader<T>(channel_name)	模板函数，回调中按 lidar_timestamp 关联消息并记录时间戳
FillResult(lidar_timestamp, metric, result)	将单帧延迟差值（纳秒转毫秒）填入 chain_list 和 proc_list
CalculateLatency(result, metrics)	对 chain/proc 列表分别调用 GetLatencyMetric 计算统计值
GetLatencyMetric(items, metric)	计算向量的 min/max/avg 写入 Protobuf

ProcessStatisticComponent

函数	说明
Init()	加载 Protobuf 配置，创建 Writer
LoadConf(conf)	从配置的 general_process.regex() 加载正则列表
Proc()	扫描 /proc/cmdline，先查缓存后解析，周期性清理缓存
ParseFromCache(cmd_string, metrics)	缓存命中则直接填充 metrics，未命中则创建新缓存条目
ParseCmd(cmd_string, metrics, cache_metric)	解析 mainboard 的 -d/-p 参数或匹配通用进程正则
CleanCache()	清除 timestamp 超过 10 秒的缓存条目

ResourceStatisticComponent

函数	说明
Init()	加载 Protobuf 配置（含磁盘配置），设置磁盘采集间隔，创建 Writer
LoadConf(conf)	将 disk_conf 传递给 DiskResourceStatistic
Proc()	依次调用 CPU/GPU/Memory/Disk 的采集方法填充 ResourceMetrics

工具函数

函数	文件	说明
GetStatsLines(stat_file, line_count)	resource/util.h	读取指定文件的前 N 行，用于读取 /proc 下的伪文件系统

配置

gflags 配置

标志	默认值	说明
FLAGS_latency_statistic_topic	/apollo/statistics/latency	延迟指标发布 topic
FLAGS_compensator_topic	/apollo/sensor/lidar/compensator/PointCloud2	激光雷达补偿器 topic
FLAGS_process_statistic_topic	/apollo/statistics/process	进程指标发布 topic
FLAGS_resource_statistic_topic	/apollo/statistics/resources	资源指标发布 topic

其余延迟统计引用的 topic（perception_obstacle_topic、prediction_topic、planning_trajectory_topic、control_command_topic）定义在 modules/common/adapters/adapter_gflags.h 中。

Protobuf 配置

• ProcessStatisticConf — 通过 ComponentBase::GetProtoConfig() 加载，包含 general_process.regex() 正则列表
• ResourceStatisticConf — 通过 ComponentBase::GetProtoConfig() 加载，包含 disk_conf.device() 磁盘设备匹配模式

调用关系

statistics.launch
 +-- ResourceStatisticComponent (TimerComponent)
 |    +-- CpuResourceStatistic::GetCpuMetric()
 |    |    +-- GetUsage()        -> /proc/stat
 |    |    +-- GetTemperature()  -> /sys/class/hwmon/...
 |    +-- GpuResourceStatistic::GetGpuMetric()
 |    |    +-- [x86_64] NVML API (nvmlInit -> GetCount -> GetHandle -> GetUtilization/GetTemperature)
 |    |    +-- [aarch64] tegrastats 命令解析
 |    +-- MemoryResourceStatistic::GetMemoryMetric()
 |    |    +-- GetMemoryValueFromLine() -> /proc/meminfo
 |    +-- DiskResourceStatistic::GetDiskMetric()
 |         +-- LoadDiskConf() -> /proc/mounts 匹配设备
 |         +-- GetDiskMetric() -> /proc/diskstats + boost::filesystem::space
 |
 +-- ProcessStatisticComponent (TimerComponent)
 |    +-- ParseFromCache()  -- 缓存命中
 |    +-- ParseCmd()        -- 缓存未命中时解析 /proc/<PID>/cmdline
 |    +-- CleanCache()      -- 每 60 周期清理过期缓存
 |
 +-- LatencyStatisticComponent (TimerComponent)
      +-- CreateReader<T>() -- 订阅 5 个模块 topic 的回调
      +-- Proc()
           +-- FillResult()        -- 计算延迟差值
           +-- CalculateLatency()  -- 聚合统计
                +-- GetLatencyMetric() -- 计算 min/max/avg

数据流向: 各 Component 的 Proc() 周期性采集指标，通过 cyber::Writer 发布到对应 topic。下游模块（如 Dreamview 或日志系统）可订阅这些 topic 获取系统运行状态。

贡献者

Steven Moder

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