android内存管理了解

1、目录Low Memory KillerAshmemPmemdalvik虚拟机内存管理低内存管理器（低内存管理器（Low Memory Killer） 低内存管理器（Low Memory Killer） ，相对于Linux标准OOM（Out Of Memory）机制更加灵活，它可以根据需要杀死进程来释放需要的内存。 源代码位于drivers/staging/Android/lowmemorykiller.c 匿名共享内存（ashmem） ，为进程间提供大块共享内存，同时为内核提供回收和管理这个内存的机制。 源代码位于mm/ashmem.c Android PMEM（Physical） ，PMEM

2、用于向用户空间提供连续的物理内存区域，DSP和某些设备只能工作在连续的物理内存上。 源代码位于drivers/misc/pmem.c Low Memory Killer的实现的实现 Low Memory Killer的源代码在drivers/staging/android/lowmemorykiller.c中，它是通过注册Cache Shrinker来实现的。Cache Shrinker是标准linux kernel回收内存页面的一种机制，它由内核线程kswapd监控，当空闲内存页面不足时，kswapd会调用注册的Shrinker回调函数，来回收内存页面。 Low Memory Killer是

3、在模块初始化时注册Cache Shrinker的，代码如下： static int _init lowmem_init(void) register_shrinker(&lowmem_shrinker); / 注册 Cache Shrinker return 0; lowmem_shrinker的定义如下： static struct shrinker lowmem_shrinker = .shrink = lowmem_shrink, .seeks = DEFAULT_SEEKS * 16 ; register_shrinker 会将lowmem_shrink 加入Shrinker

4、List 中，被kswapd 在遍历Shrinker List 时调用，而Low Memory Killer 的功能就是在lowmem_shrink 中实现的。 lowmem_shrink 用两个数组作为选择用两个数组作为选择Bad 进程的依据，这两个数组的定义如下：进程的依据，这两个数组的定义如下： static int lowmem_adj6 = 0, 1, 6, 12, ; static int lowmem_adj_size = 4; static size_t lowmem_minfree6 = 3*512, / 6MB 2*1024, / 8MB 4*1024, / 16MB 16

5、*1024, / 64MB ; lowmem_shrink 首先计算当前空闲内存的大小，如果小于某个阈值，则以该阈值对应首先计算当前空闲内存的大小，如果小于某个阈值，则以该阈值对应的优先级为基准，遍历各个进程，计算每个进程占用内存的大小，找出优先级大于基准优的优先级为基准，遍历各个进程，计算每个进程占用内存的大小，找出优先级大于基准优先级的进程，在这些进程中选择优先级最大的杀死，如果优先级相同，则选择占用内存最先级的进程，在这些进程中选择优先级最大的杀死，如果优先级相同，则选择占用内存最多的进程。多的进程。 lowmem_shrink 杀死进程的方法是向进程发送一个不可以忽略或阻塞的杀死进程的

6、方法是向进程发送一个不可以忽略或阻塞的SIGKILL 信信号：号： force_sig(SIGKILL, selected); 用户接口用户接口 设置空闲内存阈值的接口：/sys/module/lowmemorykiller/parameters/minfree，设置对应优先级的接口：/sys/module/lowmemorykiller/parameters/adj，设置各个进程优先级的接口： /proc/oom_adj。 Android 启动时读取的配置文件/init.rc 中定义了相应的属性供AP 使用并有设置这些参数。 将init进程oom_adj设置为-16，从而保证init进程永远

7、不会被杀掉。 Ashmem相关介绍相关介绍 基本原理 Android 的Ashmem是一种共享内存的机制，它基于mmap系统调用，不同进程可以将同一段物理内存映射到各自的虚拟地址控制，从而实现共享。 Ashmem与mmap的区别 mmap通过映射同一个普通文件实现进程间共享内存，普通文件被映射到进程地址空间后，进程可以像访问普通内存一样对文件进行访问，不必再调用read，write等操作。进程在映射空间对共享内存的改变并不直接写回到磁盘文件中，在调用munmap后才执行此操作。可以通过调用msync实现磁盘上文件内存与共享内存区的内容一致。 Ashmem与mmap的区别在于Ashmem与cac

8、he shrinker关联起来，可以控制cache shrinker在适当时机回收这些共享内存。 Ashmem的实现的实现 Ashmem的源代码在mm/ashmem.c中，它通过注册Cache Shrinker回收内存，通过注册misc设备提供open，mmap等接口，mmap则通过tmpfs创建文件来分配内存，tmpfs将一块内存虚拟为一个文件，这样操作共享内存就相当于操作一个文件。 Ashmem用两个结构体ashmem_area和ashmem_range来维护分配的内存，ashmem_area代表共享的内存区域，ashmem_range则将这段区域以页为单位分为多个range。 ashme

9、m_area有个unpinned_list成员，挂在这个list上的range可以被回收。ashmem_range有一个LRU链表，在cache shrink回收一个ashmem_area的某段内存时候，是根据LRU的原则来选择哪些页面优先被回收的。 Ashmem的基本结构主要函数功能简单分析主要函数功能简单分析ashmem_init 这是module初始化函数，Ashmem是作为一个模块实现的。该函数主要功能： 调用kmem_cache_create分别创建struct ashmem_area和struct ashmem_range 的slab cache 调用misc_register注册

10、 ahsmem driver 调用register_shrinker注册Ashmem的 Cache Shrinker ashmem_open 标准misc设备的open函数。它调用kmem_cache_zalloc分配一个 ashmem_area，并初始化各成员变量。 ashmem_release 做与ashmem_open相反工作，释放tmpfs文件，ashmem_area及其ashmem_range。 ashmem_mmap mmap操作，主要就是调用shmem_file_setup从tmpfs文件系统中创建一个文件（实际上就 是一段RAM）给ashmem_area用，该文件代表着这段被共

11、享的内存。Ashmem真正实现进程共享内存的机制是靠shmem这个linux标准机制提供的。 主要函数功能简单分析主要函数功能简单分析ashmem_shrink 即Ashmem的cache shrink函数。它被mm/vmscan.c：shrink_slab调用，或者被用户的 ioctl 命令调用。这个函数从LRU链表上回收指定数目的 unpinned ashmem_range。 ashmem_ioctl 这个函数提供ioctl 接口，它实现了如下命令： 主要函数功能简单分析主要函数功能简单分析ashmem_unpin unpin一段内存。实现的方法很简单，就是分配一个ashmem_range

12、，把它挂到ashmem_area - unpinned_list上，并加到 LRU链表上。 ashmem_pin pin一段内存，从 ashmem_area-unpinned_list上拿下这个 ashmem_range，由此可知，被unpin的range才能被回收，pin的range则不能回收。 用户接口 Ashmem驱动创建了/dev/ashmem设备文件，进程A可通过open打开该文件，用ioctl命令ASHMEM_SET_NAME和ASHMEM_SET_SIZE设置共享内存块的名字和大小，并将得到的handle传给mmap，来获得共享的内存区域，进程B通过将相同的handle传给mma

13、p，获得同一块内存，handle在进程间的传递可通过Binder来实现。 Pmem相关介绍相关介绍 基本原理 Android Pmem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与Ashmem的区别 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

14、之间的通信就需要通过Pmem来实现。 Pmem的实现的实现 Pmem的源代码在drivers/misc/pmem.c中，Pmem驱动依赖于linux的misc device和platform driver框架，一个系统可以有多个Pmem，默认的是最多10个。Pmem暴露4组操作，分别是platform driver的probe和remove操作； misc device的fops接口和vm_ops操作。模块初始化时会注册一个platform driver，在之后probe时，创建misc设备文件，分配内存，完成初始化工作。 Pmem通过pmem_info，pmem_data，pmem_regi

15、on三个结构体维护分配的共享内存，其中pmem_info代表一个Pmem设备分配的内存块，pmem_data代表该内存块的一个子块，pmem_region则把每个子块分成多个区域。 pmem_data是分配的基本单位，即每次应用层要分配一块Pmem内存，就会有一个pmem_data来表示这个被分配的内存块，实际上在open的时候，并不是open一个pmem_info表示的整个Pmem内存块，而是创建一个pmem_data以备使用。一个应用可以通过ioctl来分配 pmem_data中的一个区域，并可以把它map到进程空间；并不一定每次都要分配和map整个pmem_data内存块。 dalvik

16、虚拟机内存管理虚拟机内存管理android模式linux模式dalvik虚拟机内存管理虚拟机内存管理 内存管理的核心就是两个部分：分配内存和回收内存。Java语言使用new操作符来分配内存，但是与C/C+等语言不同的是，Java语言并没有提供任何操作来释放内存，而是通过一种叫做垃圾收集的机制来回收内存。对于内存管理的实现，我们通过三个方面来加以分析：内存分配，内存回收和内存管理调试。对象布局对象布局 所有的对象都有一个相同的头部clazz和lock。（1）clazz:clazz指向该对象的类对象，类对象用来描述该对象所属的类，这样可以很容易的从一个对象获取该对象所属的类的具体信息。（2）loc

17、k:是一个无符号整数，用以实现对象的同步。（3）data:存放对象数据，根据对象的不同数据区的大小是不同的。内存管理的主要操作之一是为Java对象分配内存，Java对象在虚拟机中的内存布局如下： 堆堆 堆是dalvik虚拟机从操作系统分配的一块连续的虚拟内存。heapBase是堆的起始地址，heapLimit是堆的最大地址，堆大小的最大值可以通过-Xmx选项或dalvik.vm.heapsize指定。在原生系统中，一般dalvik.vm.heapsize值是32M，在MIUI中我们将其设为64M。 在dalvik虚拟机实现中，是通过底层的bionicC库的malloc/free操作来分配/释放

18、内存的。bionicC库的malloc/free操作是基于DougLea的实现(dlmalloc) 堆内存位图堆内存位图 在虚拟机中维护了两个对应于堆内存的位图，称为liveBits和markBits。 在对象布局中，我们看到对象最小占用8个字节。在为对象分配内存时要求必须8字节对齐。这也就是说，对象的大小会调整为8字节的倍数。比如说一个对象的实际大小是13字节，但是在分配内存的时候分配16字节。因此所有对象的起始地址一定是8字节的倍数。堆内存位图就是用来描述堆内存的，每一个bit描述8个字节，因此堆内存位图的大小是对的64分之一。对于MIUI的实现来说，这两个位图各占1M。 liveBits

19、的作用是用来跟踪堆中以分配的内存，每分配一个对象时，对象的内存起始地址对应于位图中的位被设为1。在下一篇垃圾收集中我们会进一步的分析liveBits和markBits这两个位图的作用。 dvmAllocObject dvmAllocObject在dalvik虚拟机中，new操作符最终对应dvmAllocObject这个C函数。下面通过伪码的形式列出dvmAllocObject的实现。Object*dvmAllocObject(ClassObject *clazz, int flags) n = get object size form class object clazz first try:

20、 allocate n bytes from heap if first try failed run garbage collector without collecting soft references second try: allocate n bytes from heap if second try failed third try: grow the heap and allocate n bytes from heap (注释：堆是虚拟内存，一开始并未分配所有的物理内存，只要还没有达到虚拟内存的最大值，可以通过获取更多物理内存的方式来扩展堆) if third try fai

21、led run garbage collector with collecting soft references fourth try: grow the hap and allocate n bytes from heap if fourth try failed, return null pointer, dalvik vm will abort可以看出，为了分配内存，虚拟机尽了最大的努力，做了四次尝试。其中进行了两次垃圾收集，第一次不收集SoftReference，第二次收集SoftReference。从中我们也可以看出垃圾收集的时机，实质上在dalvik虚拟机实现中有3个时机可以触发

22、垃圾收集的运行：（1）程序员显式的调用System.gc()（2）内存分配失败时（3）如果分配的对象大小超过384KB，运行并发标记(concurrent mark)，垃圾回收垃圾回收 在dalvik虚拟机中，内存分配操作的流程相对比较简单直观，从一个堆中分配可用内存，分配失败时触发垃圾收集。 垃圾收集是dalvik虚拟机内存管理的核心，垃圾收集的性能在很大程度上影响了一个Java程序内存使用的效率。顾名思义，垃圾收集就是收集垃圾内存加以回收。dalvik虚拟机使用常用的Mark-Sweep算法，该算法一般分Mark阶段（标记出活动对象），Sweep阶段（回收垃圾内存）和可选的Compact阶

23、段（减少堆中的碎片）。dalvik虚拟机的实现不进行可选的Compact阶段。 Mark 垃圾收集的第一步是标记出活动对象，因为没有办法识别那些不可访问的对象(unreachableobjects)，因此我们只能标记出活动对象，这样所有未被标记的对象就是可以回收的垃圾 1.1 根集合根集合(RootSet)当进行垃圾收集时，需要停止dalvik虚拟机的运行（当然，除了垃圾收集之外）。因此垃圾收集又被称作STW（stop-the-world，整个世界因我而停止）。dalvik虚拟机在运行过程中要维护一些状态信息，这些信息包括：每个线程所保存的寄存器，Java类中的静态字段，局部和全局的JNI引用

24、，JVM中的所有函数调用会对应一个相应C的栈帧。每一个栈帧里可能包含对对象的引用，比如包含对象引用的局部变量和参数。所有这些引用信息被加入到一个集合中，叫根集合。然后从根集合开始，递归的查找可以从根集合出发访问的对象。因此，Mark过程又被成为追踪，追踪所有可被访问的对象。如下图所示，假定从根集合a开始，我们可以访问的对象集合为a,b, c, d，这样就追踪出所有可被访问的对象集合。 (5.98 KB) 1.2 标记栈标记栈(MarkStack)垃圾收集使用栈来保存根集合，然后对栈中的每一个元素，递归追踪所有可访问的对象，对于所有可访问的对象，在markBits位图中该将对象的内存起始地址对应

25、的位设为1。这样当栈为空时，markBits位图就是所有可访问的对象集合。 Concurrent Mark(并发标记并发标记) 为了运行垃圾收集，需要停止虚拟机的运行，这可能会导致程序比较长时间的停顿。垃圾收集的主要工作位于Mark阶段，为了缩短停顿时间，dalvik虚拟机使用了concurrentmark技术。Concurrentmark引入一个单独的gc线程，由该线程去跟踪自己的根集合中所有可访问的对象，同时所有其它的线程也在运行。这也是concurrent一词的含义，但是为了回收内存，即运行Sweep阶段，必需停止虚拟机的运行。这会导入一个问题，即在gc线程mark对象的时候，其它线程的

26、运行又引入了新的访问对象。因此在Sweep阶段，又重新运行mark阶段，但是在这个阶段对于已经mark的对象可以不用继续递归追踪了。这样从一定程度上降低了程序停顿时间。 Sweep 垃圾收集的第二步就是回收内存，在Mark阶段通过markBits位图我们可以得到所有可访问的对象集合，而liveBits位图表示所有已经分配的对象集合。因此通过比较这两个位图，liveBits位图和markBits位图的差异就是所有可回收的对象集合。Sweep阶段调用free来释放这些内存给堆。HAL介绍介绍 Android HAL 架构规划:HAL 的目的是为了把 Android framework 与 Linu

27、x kernel 完整隔开HAL描述描述HAL 的过去 HAL 的现实状况 过去的 libhardware_legacy 作法，比较是传统的module方式，也就是将 *.so 档案当做透过直接函数呼叫的方式，来操作驱动程序。 当然，应用程序也可以不需要透过 JNI 的方式进行，直接以加载 *.so 檔（dlopen）的做法呼叫 *.so 里的符号（symbol）也是一种方式。 shared library来使用，在 runtime（JNI 部份）以 direct function call 使用 HAL module。现在的 libhardware 作法，就有stub的味道了。HAL stu

28、b 是一种代理人（proxy）的概念，stub 虽然仍是以 *.so 檔的形式存在，但 HAL 已经将 *.so 档隐藏起来了。Stub 向 HAL提供操作函数（operations），而 runtime 则是向 HAL 取得特定模块（stub）的 operations，再 callback 这些操作函数。这种以 indirect function call 的实作架构，让 HAL stub 变成是一种包含关系，即 HAL 里包含了许许多多的 stub（代理人）。Runtime 只要说明类型，即 module ID，就可以取得操作函数。 主要函数功能简单分析主要函数功能简单分析ashmem_i

29、nit 这是module初始化函数，Ashmem是作为一个模块实现的。该函数主要功能： 调用kmem_cache_create分别创建struct ashmem_area和struct ashmem_range 的slab cache 调用misc_register注册 ahsmem driver 调用register_shrinker注册Ashmem的 Cache Shrinker ashmem_open 标准misc设备的open函数。它调用kmem_cache_zalloc分配一个 ashmem_area，并初始化各成员变量。 ashmem_release 做与ashmem_open相反

30、工作，释放tmpfs文件，ashmem_area及其ashmem_range。 ashmem_mmap mmap操作，主要就是调用shmem_file_setup从tmpfs文件系统中创建一个文件（实际上就 是一段RAM）给ashmem_area用，该文件代表着这段被共享的内存。Ashmem真正实现进程共享内存的机制是靠shmem这个linux标准机制提供的。 主要函数功能简单分析主要函数功能简单分析ashmem_shrink 即Ashmem的cache shrink函数。它被mm/vmscan.c：shrink_slab调用，或者被用户的 ioctl 命令调用。这个函数从LRU链表上回收指定

31、数目的 unpinned ashmem_range。 ashmem_ioctl 这个函数提供ioctl 接口，它实现了如下命令： Pmem的实现的实现 Pmem的源代码在drivers/misc/pmem.c中，Pmem驱动依赖于linux的misc device和platform driver框架，一个系统可以有多个Pmem，默认的是最多10个。Pmem暴露4组操作，分别是platform driver的probe和remove操作； misc device的fops接口和vm_ops操作。模块初始化时会注册一个platform driver，在之后probe时，创建misc设备文件，分配内存，完成初始化工作。 Pmem通过pmem_info，pmem_data，pmem_region三个结构体维护分配的共享内存，其中pmem_info代表一个Pmem设备分配的内存块，pmem_data代表该内存块的一个子块，pmem_region则把每个子