Android | 内存指标与分析方法

2021-01-24  本文已影响0人  彭旭锐

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前置知识

这篇文章的内容会涉及以下前置 / 相关知识，贴心的我都帮你准备好了，请享用~

这篇文章偏底层，难免有写错的地方还请你多多斧正哦~

1. 内存类型

Android 系统包括三种不同类型的内存：RAM、zRAM 和 ROM：

2. 内存分页

对于内核来说，无论是内核进程还是用户进程，说到底都是task_struct结构体的一个实例。task_struct 也叫进程描述符（process descriptor），里面记录了进程相关的所有信息。

在 task_struct 中有一个mm_struct的数据结构，也叫内存描述符（memory descriptor），里面记录了 Linux 进程内存管理的所有信息。mm_struct 定义在linux/mm_types.h头文件中，其中有一个页（page）的数据结构：

struct page {
       page_flags_t flags;            标志位（每一位单独表示一种状态）
       atomic_t _count;               引用计数（-1 表示未被使用）
       atomic_t _mapcount;            映射计数
       unsigned long private;         私有数据指针
       struct address_space *mapping; 该页所在地址空间描述结构指针，用于内容为文件的页帧
       pgoff_t index;                 该页描述结构在地址空间 radix 树 page_tree 中的对象索引号即页号
       struct list_head lru;          最近最久未使用 struct slab 结构指针链表头变量
       void *virtual;                 页在虚拟地址中的地址，对于不能映射到内核空间的内存，该值为 NULL
};

—— 图片引用自网络

页（Page）是 Linux 内核进行内存管理的基本单位，通常一个页的大小为 4 KB。根据页面是否使用分为 “可用页” 和 “已使用页” 两种，其中已使用页可以分为以下类别：

2.1 缓存页

缓存页是指有存储器中的文件支持的内存，分为两种：私有页 & 共享页：

2.2 匿名页

匿名页是没有存储器中的文件支持的内存（例如由设置了MAP_ANONYMOUS标志的mmap()进行分配）

3. 最大堆内存

为了避免应用滥用内存，Android 系统会限制应用可以申请的最大堆内存，超过此限制就会抛出 OOM 异常。Android 设备出厂后，最大堆内存就已经确定，相关的配置位于系统根目录/system/build.prop文件中，我们可以通过命令查看：

命令：
adb shell cat /system/build.prop
------------------------------------------------------------------
输出：
...
dalvik.vm.heapstartsize=16m           [进程启动的初始堆内存]
dalvik.vm.heapgrowthlimit=128m        [进程最大堆内存]
dalvik.vm.heapsize=192m               [进程最大堆内存（开启 largeHeap="true"）]
dalvik.vm.heaptargetutilization=0.75
dalvik.vm.heapminfree=512k
dalvik.vm.heapmaxfree=8m
...
虚拟机参数 描述
dalvik.vm.heapstartsize 进程启动的初始堆内存
dalvik.vm.heapgrowthlimit 进程最大堆内存
dalvik.vm.heapsize 进程最大堆内存（开启 largeHeap="true"）
dalvik.vm.heaptargetutilization
dalvik.vm.heapminfree
dalvik.vm.heapmaxfree

在 App 虚拟机启动时，会读取/system/build.prop文件的配置，源码位于：AndroidRuntime.cpp

-> 虚拟机启动
int AndroidRuntime::startVm(JavaVM** pJavaVM, JNIEnv** pEnv, bool zygote) {
    ...
    parseRuntimeOption("dalvik.vm.heapstartsize", heapstartsizeOptsBuf, "-Xms", "4m");
    parseRuntimeOption("dalvik.vm.heapsize", heapsizeOptsBuf, "-Xmx", "16m");
    parseRuntimeOption("dalvik.vm.heapgrowthlimit", heapgrowthlimitOptsBuf, "-XX:HeapGrowthLimit=");
    parseRuntimeOption("dalvik.vm.heapminfree", heapminfreeOptsBuf, "-XX:HeapMinFree=");
    parseRuntimeOption("dalvik.vm.heapmaxfree", heapmaxfreeOptsBuf, "-XX:HeapMaxFree=");
    parseRuntimeOption("dalvik.vm.heaptargetutilization", heaptargetutilizationOptsBuf, "-XX:HeapTargetUtilization=");
    ...
}

需要注意的是，配置dalvik.vm.heapgrowthlimit限制的仅仅是 Java 堆内存，本地内存不受其限制的。换句话说，应用可以使用的最大内存其实是可以大于最大堆内存的。

4. 进程到底占用了多少内存？

在确定进程占用了多少内存时，必须考虑多个进程共享页的情况。在 Linux 里，一个进程占用的内存有四种指标，分别是：

内存指标 全称 描述
VSS Virtual Set Size 一个进程可访问的地址空间
RSS Resident Set Size 常驻内存大小（包含共享页内存）
PSS Proportional Set Size 按比例分摊的内存大小（按比例分摊共享页内存）
USS Unique Set Size 独占内存大小（不包含共享页的内存）

一般来说内存占用大小有如下规律：VSS >= RSS >= PSS >= USS。

—— 图片引用自 https://developer.android.google.cn/topic/performance/memory-management Android Developers

—— 图片引用自 https://www.cnblogs.com/sunsky303/p/13494977.html —— sunsky303 著

5. 内存分析命令

关于输出信息的具体分析，建议直接看 Gityuan 的这篇文章：《Android 内存分析命令》，已经写得非常详细了。

命令 作用
dumpsys meminfo 查看进程的内存使用情况
procrank 查看进程的内存使用情况（输出更详细的 VSS / RSS / PSS / USS 内存指标）
cat/proc/meminfo 查看更加详细的内存信息
free 查看可用内存
showmap 查看虚拟地址区域的内存情况
vmstat 查看内存情况，还可以查看进程运行队列、系统切换、CPU 时间占比等情况

6. 内存分析工具

参考资料

创作不易，你的「三连」是丑丑最大的动力，我们下次见！

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