[Android Memory] Android内存管理、监测剖析

2021-09-10 02:01:34

转载自：http://blog.csdn.net/anlegor/article/details/23398785

Android内存管理机制：

Android内存管理主要有：LowMemory Killer机制，Ashmem，PMEM/ION及Native内存和Dalvik内存管理管理和JVM垃圾回收机制。

LowMemory Killer机制：

源码位置drivers/staging/Android/lowmemorykiller.c

Android是一个多任务系统，也就是说可以同时运行多个程序，这个大家应该很熟悉。一般来说，启动运行一个程序是有一定的时间开销的，因此为了加快运行速度，当你退出一个程序时，Android并不会立即杀掉它，这样下次再运行该程序时，可以很快的启动。随着系统中保留的程序越来越多，内存肯定会出现不足，low memory killer就是在系统内存低于某值时，清除相关的程序，保障系统保持拥有一定数量的空闲内存。

Low memorykiller根据两个原则，进程的重要性和释放这个进程可获取的空闲内存数量，来决定释放的进程。

进程的重要性，由task_struct->signal_struct->oom_adj决定，

Android将程序的重要性分成以下几类，按照重要性依次降低的顺序，每个程序都会有一个oom_adj值，这个值越小，程序越重要，被杀的可能性越低：

除了上述程序重要性分类之外，Android系统还维护着另外一张表minfree用于维护内存警戒值，这两张表构成一个对应关系，两张表在” /sys/module/lowmemorykiller/parameters/”下保存。

adj文件内容如下形如”0,1,2,4,9,15”，minfree文件内容形如”8192,10240,12288,14336,1638,20480”，这样形成的表结构如下：

例如，当系统可用内存小于12384*4K大小时，会开始杀掉oom_adj>=9级别的进程。

进程的内存，通过get_mm_rss获取，在相同的oom_adj下，内存大的，优先被杀。

Ashmem(匿名内存共享)：

源码位置：kernel/mm/ashmem.c

为进程间提供提供大块共享内存，同时为内核提供回收和管理这个内存的机制。

相比于malloc和anonymous/namedmmap等传统的内存分配机制，其优势是通过内核驱动提供了辅助内核的内存回收算法机制(pin/unpin)。什么是pin和unpin呢?具体来讲，就是当你使用Ashmem分配了一块内存，但是其中某些部分却不会被使用时，那么就可以将这块内存unpin掉。

unpin后，内核可以将它对应的物理页面回收，以作他用。你也不用担心进程无法对unpin掉的内存进行再次访问，因为回收后的内存还可以再次被获得(通过缺页handler)，因为unpin操作并不会改变已经 mmap的地址空间。

AndroidPMEM/ION内存管理器：

源码位置：drivers/misc/pmem.c

AndroidPmem是为了实现共享大尺寸连续物理内存而开发的一种机制，该机制对dsp，gpu等部件非常有用。Pmem相当于把系统内存划分出一部分单独管理，即不被linux mm管理，实际上linux mm根本看不到这段内存。

Pmem和Ashmem都通过mmap来实现共享内存，其区别在于Pmem的共享区域是一段连续的物理内存，而Ashmem的共享区域在虚拟空间是连续的，物理内存却不一定连续。dsp和某些设备只能工作在连续的物理内存上，这样cpu与dsp之间的通信就需要通过Pmem来实现。

ION是google在Android4.0ICS为了解决内存碎片管理而引入的通用内存管理器，它会更加融合kernel。目前QCOM MSM, NVDIA Tegra, TI OMAP, MRVL PXA都用ION替换PMEM。

ION 定义了四种不同的heap，实现不同的内存分配策略。

AndroidNative内存和Dalvik内存管理：

Native进程是采用C/C++实现，不包含dalvik实例的进程，/system/bin/目录下面的程序文件运行后都是以native进程形式存在的，如/system/bin/surfaceflinger、/system/bin/rild、procrank等就是native进程，地址空间结构如下：

java进程是Android中运行于dalvik虚拟机之上的进程。dalvik虚拟机的宿主进程由fork()系统调用创建，所以每一个java进程都是存在于一个native进程中，因此，java进程的内存分配比native进程复杂，因为进程中存在一个虚拟机实例。Android系统中的应用程序基本都是java进程，如桌面、电话、联系人、状态栏等等，进程结构如下：

Stack空间（进栈和出栈）由操作系统控制，其中主要存储函数地址、函数参数、局部变量等等，所以Stack空间不需要很大，一般为几MB大小。

Heap空间的使用由程序员控制，程序员可以使用malloc、new、free、delete等函数调用来操作这片地址空间。Heap为程序完成各种复杂任务提供内存空间，所以空间比较大，一般为几百MB到几GB。正是因为Heap空间由程序员管理，所以容易出现使用不当导致严重问题。

进程空间中的heap空间是我们需要重点关注的。heap空间完全由程序员控制，我们使用的malloc、C++ new和java new所申请的空间都是heap空间， C/C++申请的内存空间在native heap中，而java申请的内存空间则在dalvik heap中。

进程的内存空间只是虚拟内存（或者叫作逻辑内存），而程序的运行需要的是实实在在的内存，即物理内存（RAM）。在必要时，操作系统会将程序运行中申请的内存（虚拟内存）映射到RAM，让进程能够使用物理内存。

RAM作为进程运行不可或缺的资源，对系统性能和稳定性有着决定性影响。另外，RAM的一部分被操作系统留作他用，比如显存等等，内存映射和显存等都是由操作系统控制，我们也不必过多地关注它，进程所操作的空间都是虚拟地址空间，无法直接操作RAM。示意图如下：

Android系统对dalvik的vm heapsize作了硬性限制，当java进程申请的java空间超过阈值时，就会抛出OOM异常，在/system/build.prop中有三项可以配置相关信息。

dalvik.vm.heapstartsize：堆分配的初始大小，调整这个值会影响到应用的流畅性和整体ram消耗。这个值越小，系统ram消耗越慢，但是由于初始值较小，一些较大的应用需要扩张这个堆，从而引发gc和堆调整的策略，会应用反应更慢。相反，这个值越大系统ram消耗越快，但是程序更流畅。

dalvik.vm.heapgrowthlimit：受控情况下的极限堆（仅仅针对dalvik堆，不包括native堆）大小，dvm heap是可增长的，但是正常情况下dvm heap的大小是不会超过dalvik.vm.heapgrowthlimit的值（非正常情况下面会详细说明）。这个值控制那些受控应用的极限堆大小，如果受控的应用dvm heap size超过该值，则将引发oom（out of memory）。

dalvik.vm.heapsize：不受控情况下的极限堆大小，这个就是堆的最大值。不管它是不是受控的。这个值会影响非受控应用的dalvikheap size。一旦dalvik heap size超过这个值，直接引发oom。

JVM垃圾回收机制：

JVM的垃圾原理是这样的，它把对象分为年轻代（Young）、年老代（Tenured）、持久代（Perm），对不同生命周期的对象使用不同的垃圾回收算法。

年轻代(Young)：年轻代分为三个区，一个eden区，两个Survivor区。程序中生成的大部分新的对象都在Eden区中，当Eden区满时，还存活的对象将被复制到其中一个Survivor区，当此Survivor区的对象占用空间满了时，此区存活的对象又被复制到另外一个Survivor区，当这个Survivor区也满了的时候，从第一个Survivor区复制过来的并且此时还存活的对象，将被复制到年老代。

年老代（Tenured）：年老代存放的是上面年轻代复制过来的对象，也就是在年轻代中还存活的对象，并且区满了复制过来的。一般来说，年老代中的对象生命周期都比较长。

持久代（Perm）：用于存放静态的类和方法，持久代对垃圾回收没有显著的影响。

Android内存分析工具：

内存监控工具DDMS：

Ddms可以在eclipse中安装对应的插件，同时在androidsdk的tools文件夹也有同样的工具，并且功能比eclipse插件更完备。

切换到eclipse的ddms视图后，从设备中选择要监控的进程（手机需要开启usb调试，被监控应用的manifest中android:debuggable应该为true）

如下图操作，我们主要关注dataobject类型的total size数据在使用过程中是否出现异常的数据波动。