进程间的内存分配

2019-10-11 本文已影响0人 Wenchao

Android平台会认为空闲的内存是被浪费掉的内存。它尝试始终使用所有可用的内存。例如，系统在关闭应用程序后将其保留在内存中，以便用户可以快速切换回它们。因此，Android设备运行时通常只有很少的可用内存。内存管理对于在重要的系统进程和许多用户应用程序之间正确分配内存至关重要。本页讨论了Android如何为系统和用户应用程序分配内存的基础知识。它还说明了操作系统如何应对内存不足的情况。

内存类型

Android设备包含三种不同的内存类型：RAM, zRAM, 和存储。请注意，CPU和GPU都访问相同的RAM。

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RAM是最快的内存类型，但通常大小受限制。高端设备通常具有最大数目的RAM。
zRAM是用于交换空间的RAM的分区。放入zRAM时，所有内容都会被压缩，而从zRAM中复制出来后，所有内容都会被解压缩。随着页面被移入或移出zRAM，RAM的这一部分的大小会增加或缩小。设备制造商可以设置最大尺寸。
存储包括所有持久性数据，例如文件系统以及所有应用程序，库和平台的随附目标代码。存储具有比其他两种类型的内存更大的容量。在Android上，存储空间不像其他Linux的实现中被用于交互空间，因为频繁写入会导致该内存磨损，并缩短存储介质的寿命。

内存页

RAM被划分成页。通常，每个页面大小为4kB。

页面的状态只有两种，空闲的和使用中。空闲页是未使用的RAM。使用中的页面是系统正在占用，并且会被分成下面几种类型：

缓存页面：被存储器上的文件（例如，代码或者内存映射的文件）支持的内存。有两种类型的缓存：
- 私有页面：被单个进程持有，没有分享
  - 干净页面：存储文件的未修改副本，可以用kswapd删除来释放内存
  - 脏页面：修改后的文件副本存储；可以通过kswapd移动到zRAM或压缩到zRAM中以增加可用内存
- 分享页面：
  - 干净页面：存储文件的未修改副本，可以用kswapd删除来释放内存
  - 脏页面：修改后的文件副本存储；允许将更改写回存储中的文件以通过kswapd或显式使用msync()或munmap()来增加可用内存
匿名页面：内存不受存储中文件的支持（例如，由设置了MAP_ANONYMOUS标志的mmap()分配）
- 脏页面：可以通过kswapd在zRAM中移动/压缩以增加可用内存

注意：干净页包含存储中存在的文件（或文件的一部分）的精确副本。当干净页不再包含文件的确切副本时（例如，从应用程序操作的结果中得出），它就变成脏页。干净页可以被删除因为他们始终可以使用存储中的数据来重新生成；而脏页无法被删除，否则数据会丢失。

随着系统主动管理RAM，可用页和已使用页面的比例随时间变化。本节中介绍的概念是管理内存不足情况的关键。本文档的下一部分会更详细的说明。

低内存时的管理

Android有两种主要机制来处理内存不足的情况：内核交换守护程序和内存不足杀手。

内核交换守护进程 kernel swap daemon

内核交换守护程序时Linux内核的一部分，并将使用的内存转换成可用内存。当设备上的可用内存不足时，守护程序将变成活动状态。Linux内核维护可用内存阈值的上下限。当可用内存低于下限时，kswapd开始回收内存。一旦可用内存达到上线，kswapd就会停止回收内存。 kswapd可以通过删除干净的页面来回收干净的页面，因为它们由存储支持并且未经修改。如果某个进程尝试处理已删除的干净页面，则系统会将页面从存储器复制到RAM。此操作称为需求分页。

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kswapd可以将缓存的私有脏页和匿名脏页移动到zRAM，并在其中进行压缩。这样做会释放RAM中的可用内存（空闲页）。如果某个进程尝试触摸zRAM中的脏页面，则该页面将被解压缩并移回RAM。如果与压缩页面相关联的进程被杀死，则该页面将从zRAM中删除。如果可用内存量降至某个阈值以下，系统将开始终止进程。

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低内存杀手 Low-memory killer

很多时候，kswapd无法为系统释放足够的内存。在这种情况下，系统使用onTrimMemory()通知应用程序内存即将用尽，并且应减少其分配。如果这还不够，内核将开始杀死进程以释放内存。它使用低内存杀手（LMK）来执行此操作。

为了确定要杀死哪个进程，LMK使用一个称为“ oom_adj_score”的“内存不足”分数来确定正在运行的进程的优先级。得分高的进程将首先被杀死。首先杀死后台应用程序，最后杀死系统进程。下表从高到低列出了LMK得分类别。第一行中得分最高的类别中的项目将首先被杀死：

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这些是上表中各个类别的描述：

后台应用程序：以前运行且当前未激活的应用程序。 LMK将首先杀死具有最高oom_adj_score的后台应用程序。
上一个应用程序：最近使用的后台应用程序。与背景应用程序相比，先前的应用程序具有更高的优先级（较低的分数），因为与其中一个背景应用程序相比，用户更有可能切换到该应用程序。
家庭应用程序：这是启动器应用程序。杀死它会使墙纸消失。
服务：服务由应用程序启动，并且可能包括同步或上传到云。
可感知的应用程序：用户可以某种方式感知到的非前景应用程序，例如运行显示小UI或搜索音乐的搜索过程。
前景应用程序：当前正在使用的应用程序。杀死前台应用程序看起来像是应用程序崩溃，可能会向用户表明设备出了问题。
持久性（服务）：这些是设备的核心服务，例如电话和wifi。
系统：系统进程。由于这些过程被终止，电话可能会重新启动。
本机：系统使用的非常低级的进程（例如kswapd）。

设备制造商可以更改LMK的行为。

计算内存使用量

内核跟踪系统中的所有内存页面。

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确定应用程序正在使用多少内存时，系统必须考虑共享页面。访问相同服务或库的应用将共享内存页面。例如，Google Play服务和游戏应用可能正在共享位置服务。这使得很难确定与每个应用程序相比，该服务应属于多少内存。

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要确定应用程序的内存占用量，可以使用以下任何指标：

驻留集大小（RSS）：应用程序使用的共享和非共享页面数
比例集大小（PSS）：非应用程序使用的共享页面以及共享页面的均匀分布（例如，如果三个进程共享3MB，则每个进程在PSS中获得1MB）
唯一集大小（USS）：应用程序使用的非共享页面数（不包括共享页面）当PSS想要知道所有进程使用了多少内存时，PSS对于操作系统很有用，因为页面不会被多次计数。 PSS需要花费很长时间进行计算，因为系统需要确定共享哪些页面以及共享多少个进程。 RSS不能区分共享页面和非共享页面（使计算速度更快），并且更好地跟踪内存分配的变化。

当想要知道所有的进程使用了所有内存的时候，PSS就非常重要了，因为页面不会被重复计算多次。 PSS需要花费很长时间进行计算，因为系统需要确定共享哪些页面以及共享多少个进程。 RSS不能区分共享页面和非共享页面（使计算速度更快），并且更好地跟踪内存分配的变化。