安卓内存优化

xuanfengwuxiang

已于 2024-11-07 11:12:21 修改

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分类专栏：安卓跨层知识文章标签： android

于 2024-03-18 19:29:07 首次发布

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背景

安卓内存优化，涉及应用层、框架层、内核层。应用层侧重于使用层面，须有良好的内存使用习惯。框架层、内核层则是在aosp的基础，进一步优化系统内存管理机制。
应用层内存优化，是为了app运行更加流畅，减少crash。框架层、内核层的内存优化，主要是为了提高可用内存、app保活数量、以及系统本身的流畅度。

内存基础知识

应用层
避免内存泄漏、OOM、延迟使用对象等，详情略。
框架层
1. 进程ADJ
  系统运行，内存过低时，根据进程优先级回收内存。ADJ代表进程优先级。
  Linux 内核通过 proc文件系统，暴露 /proc/[pid]/oom_score_adj文件，来允许其他程序修改指定进程的优先级。值越小进程越重要。内存紧张时，系统会遍历所有进程，以确定杀死哪个进程，回收内存，此时会读取 oom_score_adj 这个文件的值。
  ProcessList.java中预定义了 oom_score_adj 的可能取值。
  进程ADJ详解
2. 尽情期待
内核层
1. 内存页分类
  1. 缓存页/文件页
    存储器有文件支持
    1. 私有页：干净页、脏页
    2. 共享页：干净页、脏页
  2. 匿名页
    没有文件支持，临时产生
2. page fault
  缺页中断：访问虚拟内存内时，虚拟地址到物理地址未映射，或者有映射访问的page不在物理内存中，由cpu的MMU发出的中断。
  遇到缺页中断，内核会从硬盘加载文件到物理内存。
  缺页中断分类：
  1、Hard Page Fault 物理内存中没有对应的页帧
  2、Soft Page Fault 缺少VA到PA的映射。一般出现在多进程共享内存区域
  3、Invalid Page Fault· 无效缺页错误，比如访问的内存地址越界
3. cpu访问设备简述
  cpu通过地址总线访问连接在地址总线上的所有外设，包括物理内存、IO设备等。但从cpu发出的访问地址，并非这些外设在地址总线上的物理地址，而是虚拟地址。由MMU将虚拟地址转换成物理地址，再从地址总线上发出。
4. page table
  每个进程都有自己的页表，页表存储了进程中虚拟地址到物理地址的映射关系。MMU收到cpu的虚拟地址后查询页表。确定是否存在映射以及读写权限是否正常。
5. memcg
  即memory cgroup。管理系统中一组进程的内存行为，对内存有不同需求的进程区分管理，实现更有效的资源利用和隔离。
  比如控制app的内存使用量。
6. block io
  block I/O指的是块输入/输出，它是Linux内核中与块设备交互的输入/输出层
7. 冻结进程
  app切换到后台，并且没有其他活动时，系统在一定时间内通过状态判断，将进程id迁移到冻结的cgroup节点上。主要为了提高性能、节约资源。
8. 内存ZONE
  内存ZONE分为：ZONE_DMA、ZONE_DMA32、ZONE_NORMAL、ZONE_HIGHMEM、ZONE_MOVABLE
  内容在enum zone_type中
9. allocstall
  内存性能指标，allocstall指的是分配内存时，由于内存不足，发生了内存回收的情况。换句话说，叫内存分配停滞或者内存分配时延
10. 内存分配流程(__alloc_pages函数)

mm/page_alloc.c

// 申请一块2^order的连续物理内存块
struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid, nodemask_t *nodemask) {
	page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);// 首次尝试从free快速分配
	page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);// 内存不足进入慢分配
}
static inline struct page *__alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, struct alloc_context *ac) {
	// 尝试碎片整理后分配
	page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,alloc_flags, ac,INIT_COMPACT_PRIORITY,&compact_result);
	// 实在没办法了，尝试回收内存再分配
	page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac, &did_some_progress);
}
static inline struct page *__alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,unsigned long *did_some_progress){
	*did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
	page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
}
// 回收
static unsigned long __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,const struct alloc_context *ac){
	progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask, ac->nodemask);
}

mm/vmscan.c

unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask){
	nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
}
static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,struct scan_control *sc){
	if (!cgroup_reclaim(sc))// 记录allocstall次数
		__count_zid_vm_events(ALLOCSTALL, sc->reclaim_idx, 1);
}

numa架构
Non-Uniform Memory Access，非一致性内存访问。多核cpu架构中，将内存分成多个节点，每个核分配固定的内存节点，并且访问本地节点比访问远程节点更快。相比于传统的一致性共享内存访问，提高了多核的性能和可扩展性。
节点与zone的关系：每个节点包含多个zone。
内存模型
linux的物理内存管理机制将物理内存划分为三个层次来管理，依次是：Node（存储节点）、Zone（管理区）和Page（页面）。
尽情期待

内存优化

应用层
框架层
内核层
内存管理机制优化
1. 缺页中断
  Linux已有的机制。可以做到内存的惰性分配，使得内存用起来感觉比实际大小更大。
2. 安卓swap机制
  1、使用zram进行压缩
  2、zram快满的时候，swap到flash中的文件
  swap到存储，有2种：
  1、swap 分区：在存储有独立分区
  2、swapfile：使用文件进行swap
工具
pefetto使用