linux内核如何修改lowmem,技术内幕：Android对Linux内核的增强 Low Memory Killer

最新推荐文章于 2023-02-25 17:34:30 发布

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文章标签： linux内核如何修改lowmem

6 09 2013

技术内幕：Android对Linux内核的增强 Low Memory Killer

Low Memory Killer(低内存管理)

对于PC来说，内存是至关重要。如果某个程序发生了内存泄漏，那么一般情况下系统就会将其进程Kill掉。Linux中使用一种名称为OOM(Out Of Memory，内存不足)的机制来完成这个任务，该机制会在系统内存不足的情况下，选择一个进程并将其Kill掉。Android则使用了一个新的机制 ——Low Memory Killer来完成同样的任务。下面首先来看看Low Memory Killer机制的原理以及它是如何选择将被Kill的进程的。

1.Low Memory Killer的原理和机制

Low Memory Killer在用户空间中指定了一组内存临界值，当其中的某个值与进程描述中的oom_adj值在同一范围时，该进程将被Kill掉。通常，在“/sys /module/lowmemorykiller / parameters/adj”中指定oom_adj的最小值，在“/sys/module/lowmemorykiller/parameters /minfree”中储存空闲页面的数量，所有的值都用一个逗号将其隔开且以升序排列。比如：把“0,8”写入到/sys/module /lowmemorykiller/parameters/adj中，把“1024,4096”写入到/sys/module/lowmemory- killer/parameters/minfree中，就表示当一个进程的空闲存储空间下降到4096个页面时，oom_adj值为8或者更大的进程会被Kill掉。同理，当一个进程的空闲存储空间下降到1024个页面时，oom_adj值为0或者更大的进程会被Kill掉。我们发现在 lowmemorykiller.c中就指定了这样的值，如下所示：

static int lowmem_adj[6] = {

12,

};

static int lowmem_adj_size = 4;

static size_t lowmem_minfree[6] = {

3*512, // 6MB

2*1024, // 8MB

4*1024, // 16MB

16*1024, // 64MB

};

static int lowmem_minfree_size = 4;

这就说明，当一个进程的空闲空间下降到3´512个页面时，oom_adj值为0或者更大的进程会被Kill掉;当一个进程的空闲空间下降到 2´1024个页面时，oom_adj值为10或者更大的进程会被Kill掉，依此类推。其实更简明的理解就是满足以下条件的进程将被优先Kill掉：

task_struct->signal_struct->oom_adj越大的越优先被Kill。

占用物理内存最多的那个进程会被优先Kill。

进程描述符中的signal_struct->oom_adj表示当内存短缺时进程被选择并Kill的优先级，取值范围是-17~15。如果是-17，则表示不会被选中，值越大越可能被选中。当某个进程被选中后，内核会发送SIGKILL信号将其Kill掉。

实际上，Low Memory Killer驱动程序会认为被用于缓存的存储空间都要被释放，但是，如果很大一部分缓存存储空间处于被锁定的状态，那么这将是一个非常严重的错误，并且当正常的oom killer被触发之前，进程是不会被Kill掉的。

2.Low Memory Killer的具体实现

在了解了Low Memory Killer的原理之后，我们再来看如何实现这个驱动。Low Memory Killer驱动的实现位于drivers/misc/lowmemorykiller.c。

该驱动的实现非常简单，其初始化与退出操作也是我们到目前为止见过的最简单的，代码如下：

static int __init lowmem_init(void)

{

register_shrinker(&lowmem_shrinker);

return 0;

}

static void __exit lowmem_exit(void)

{

unregister_shrinker(&lowmem_shrinker);

}

module_init(lowmem_init);

module_exit(lowmem_exit);

在初始化函数lowmem_init中通过register_shrinker注册了一个shrinker为lowmem_shrinker;退出时又调用了函数lowmem_exit，通过unregister_shrinker来卸载被注册的lowmem_shrinker。其中 lowmem_shrinker的定义如下：

static struct shrinker lowmem_shrinker = {

.shrink = lowmem_shrink,

.seeks = DEFAULT_SEEKS * 16

};

lowmem_shrink是这个驱动的核心实现，当内存不足时就会调用lowmem_shrink方法来Kill掉某些进程。下面来分析其具体实现，实现代码如下：

static int lowmem_shrink(int nr_to_scan, gfp_t gfp_mask)

{

struct task_struct *p;

struct task_struct *selected = NULL;

int rem = 0;

int tasksize;

int i;

int min_adj = OOM_ADJUST_MAX + 1;

int selected_tasksize = 0;

int array_size = ARRAY_SIZE(lowmem_adj);

int other_free = global_page_state(NR_FREE_PAGES);

int other_file = global_page_state(NR_FILE_PAGES);

if(lowmem_adj_size < array_size)

array_size = lowmem_adj_size;

if(lowmem_minfree_size < array_size)

array_size = lowmem_minfree_size;

for(i = 0; i < array_size; i++) {

if (other_free < lowmem_minfree[i] &&

other_file < lowmem_minfree[i]) {

min_adj = lowmem_adj[i];

break;

}

if(nr_to_scan > 0)

lowmem_print(3, “lowmem_shrink %d, %x, ofree %d %d, ma %d\n”, nr_to_scan,

gfp_mask, other_free, other_file, min_adj);

rem = global_page_state(NR_ACTIVE_ANON) +

global_page_state(NR_ACTIVE_FILE) +

global_page_state(NR_INACTIVE_ANON) +

global_page_state(NR_INACTIVE_FILE);

if (nr_to_scan <= 0 || min_adj == OOM_ADJUST_MAX + 1) {

lowmem_print(5, “lowmem_shrink %d, %x, return %d\n”, nr_to_scan, gfp_mask,

rem);

return rem;

}

read_lock(&tasklist_lock);

for_each_process(p) {

if (p->oomkilladj < min_adj || !p->mm)

continue;

tasksize = get_mm_rss(p->mm);

if (tasksize <= 0)

continue;

if (selected) {

if (p->oomkilladj < selected->oomkilladj)

continue;

if (p->oomkilladj == selected->oomkilladj &&

tasksize <= selected_tasksize)

continue;

}

selected = p;

selected_tasksize = tasksize;

lowmem_print(2, “select %d (%s), adj %d, size %d, to kill\n”,

p->pid, p->comm, p->oomkilladj, tasksize);

}

if(selected != NULL) {

lowmem_print(1, “send sigkill to %d (%s), adj %d, size %d\n”,

selected->pid, selected->comm,

selected->oomkilladj, selected_tasksize);

force_sig(SIGKILL, selected);

rem -= selected_tasksize;

}

lowmem_print(4, “lowmem_shrink %d, %x, return %d\n”, nr_to_scan, gfp_mask, rem);

read_unlock(&tasklist_lock);

return rem;

}

可以看出，其中多处用到了global_page_state函数。有很多人找不到这个函数，其实它被定义在了linux/vmstat.h中，其参数使用zone_stat_item枚举，被定义在linux/mmzone.h中，具体代码如下：

enum zone_stat_item {

NR_FREE_PAGES,

NR_LRU_BASE,

NR_INACTIVE_ANON = NR_LRU_BASE,

NR_ACTIVE_ANON,

NR_INACTIVE_FILE,

NR_ACTIVE_FILE,

#ifdef CONFIG_UNEVICTABLE_LRU

NR_UNEVICTABLE,

NR_MLOCK,

#else

NR_UNEVICTABLE = NR_ACTIVE_FILE, /* 避免编译错误*/

NR_MLOCK = NR_ACTIVE_FILE,

#endif

NR_ANON_PAGES, /* 匿名映射页面*/

NR_FILE_MAPPED, /*映射页面*/

NR_FILE_PAGES,

NR_FILE_DIRTY,

NR_WRITEBACK,

NR_SLAB_RECLAIMABLE,

NR_SLAB_UNRECLAIMABLE,

NR_PAGETABLE,

NR_UNSTABLE_NFS,

NR_BOUNCE,

NR_VMSCAN_WRITE,

NR_WRITEBACK_TEMP, /* 使用临时缓冲区*/

#ifdef CONFIG_NUMA

NUMA_HIT, /* 在预定节点上分配*/

NUMA_MISS, /* 在非预定节点上分配*/

NUMA_FOREIGN,

NUMA_INTERLEAVE_HIT,

NUMA_LOCAL, /* 从本地页面分配*/

NUMA_OTHER, /* 从其他节点分配 */

#endif

NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS };

再回过头来看owmem_shrink函数，首先确定我们所定义的lowmem_adj和lowmem_minfree数组的大小(元素个数)是否一致，如果不一致则以最小的为基准。因为我们需要通过比较lowmem_minfree中的空闲储存空间的值，以确定最小min_adj值(当满足其条件时，通过其数组索引来寻找lowmem_adj中对应元素的值);之后检测min_adj的值是否是初始值“OOM_ADJUST_MAX + 1”，如果是，则表示没有满足条件的min_adj值，否则进入下一步;然后使用循环对每一个进程块进行判断，通过min_adj来寻找满足条件的具体进程(主要包括对oomkilladj和task_struct进行判断);最后，对找到的进程进行NULL判断，通过 “force_sig(SIGKILL, selected)”发送一条SIGKILL信号到内核，Kill掉被选中的“selected”进程。

关于Low Memory Killer的分析就到这里，在了解了其机制和原理之后，我们发现它的实现非常简单，与标准的Linux OOM机制类似，只是实现方式稍有不同。标准Linux的OOM Killer机制在mm/oom_kill.c中实现，且会被__alloc_pages_may_oom调用(在分配内存时，即mm /page_alloc.c中)。oom_kill.c最主要的一个函数是out_of_memory，它选择一个bad进程Kill，Kill的方法同样是通过发送SIGKILL信号。在out_of_memory中通过调用select_bad_process来选择一个进程Kill，选择的依据在 badness函数中实现，基于多个标准来给每个进程评分，评分最高的被选中并Kill。一般而言，占用内存越多，oom_adj就越大，也就越有可能被选中。

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