Как Android управляет маленькой памятью: Kswapd и LMK

Будучи мобильной операционной системой, Android приходится иметь дело с ограниченными ресурсами памяти. ОС тщательно следит за использованием памяти и принимает меры по ее освобождению, когда ее становится мало.

В этой статье мы рассмотрим, как Android распределяет память и реагирует на ситуации с нехваткой памяти.

Платформа Android работает на основе принципа, что свободная память — это зря потраченная память.

Учитывая это правило, ОС Android всегда старается выделить всю доступную память.

Это очень полезная и удивительная техника. Так как система может хранить в памяти недавно использовавшиеся приложения, и пользователь может быстро переключиться на них без задержек при запуске.

В любом случае, память нужна системе, и Android OS использует ее эффективно. Но что делать, если вся память занята? Как открыть больше приложений? Не волнуйтесь! Android справляется и с этим!

Он использует две важные концепции: Kswapd и LMK (Low Memory Killer). Но сначала давайте разберемся в основах.

Типы памяти

Устройства Android содержат три различных типа памяти: RAM, zRAM и хранилище.

1. RAM, оперативная память: самая быстрая, но ограниченная память.
2. zRAM: раздел оперативной памяти, используемый для пространства подкачки. Все сжимается при помещении в zRAM, а затем распаковывается при копировании из zRAM.
3. Хранилище: содержит все постоянные данные.

Страницы

Оперативная память разбита на страницы. Обычно каждая страница занимает 4 КБ памяти.

Страница (часть оперативной памяти) может считаться либо «используемой», либо «неиспользуемой» (свободной).

Используемая страница может быть использована либо известным нам процессом (допустим, мы знаем, что процесс A использует страницу номер 154), либо каким-то анонимным процессом (мы не знаем, кто использует страницу).

Страница, используемая известным процессом, называется «кэш».

• Частный (Private ) кэш: принадлежит одному процессу.
• Общий (Shared) кэш: используется несколькими процессами (пример: сервисы Google, такие как определение местоположения, могут использоваться несколькими процессами).

Кэш может быть «чистым» или «грязным».

• Чистый (Clean): неизмененная копия некоторого файла, который уже присутствует в хранилище (может быть удалена и снова взята из хранилища).
• Грязный (Dirty): измененная копия файла (измененные данные будут потеряны при удалении).

Но что делать, если эти страницы почти все использованы? Android придется как-то справляться с ними.

Управление памятью

В Android есть два основных механизма для решения проблем с нехваткой памяти: демон подкачки ядра и убийца при низкой памяти.

Как вы, наверное, знаете, Android работает на ядре Linux, и это ядро Linux поддерживает низкий и высокий пороги свободной памяти.

Kswapd: демон подкачки ядра

kswapd возвращает чистые страницы, удаляя их.

• Он становится активным, когда свободная память устройства падает ниже порогового значения.
• Он останавливается, когда свободная память достигает высокого порога.
• Чистая страница удаляется и может быть легко скопирована обратно в оперативную память из хранилища, если какой-либо процесс потребует ее (так называемая подкачка по требованию).

Если этого  недостаточно, kswapd также может перемещать кэшированные приватные грязные страницы и анонимные грязные страницы в zRAM, где они сжимаются. И если какой-либо процесс потребует их, то мы сможем распаковать и вернуть их обратно.

LMK: убийца низкой памяти

Если kswapdc не мог освободить достаточно памяти, необходимой системе, ядро начинает убивать процессы, чтобы освободить больше памяти, используя lmk (low-memory killer).

Чтобы решить, какой процесс убить, LMK использует показатель «нехватки памяти» под названием oom_adj_score для определения приоритета запущенных процессов.

Высокие оценки для закрытия — вверху, низкие — внизу.

• Фоновые приложения: наименее важное фоновое приложение будет закрыто первым.
• Предыдущее приложение: Наиболее часто используемое фоновое приложение. Имеет более высокий приоритет (более низкий балл) по сравнению с другими фоновыми приложениями.
• Приложение домашнего экрана: Лаунчер. Убийство этого приложения приведет к исчезновению обоев.
• Службы: Запускаются приложениями и могут включать синхронизацию или загрузку в облако.
• Видимые приложения: Приложения, которые частично видны или выполняют фоновые задачи. Например, воспроизведение музыки.
• Приложение переднего плана: Приложение, которое используется в данный момент. Убийство приложения переднего плана выглядит как сбой приложения.
• Постоянные (службы): Основные службы устройства, такие как телефония, Bluetooth, Wi-Fi.
• Система: Системные процессы. При уничтожении этих процессов может возникнуть впечатление, что телефон перезагружается.
• Нативные (Native): Процессы очень низкого уровня, используемые системой (например, kswapd).

Чтобы убить приложение, ядро должно знать конкретные страницы, которые используются процессом, это называется «след памяти».

Также могут существовать общие страницы памяти, верно? Я уже объяснял это выше.

При определении объема памяти, используемой приложением, система должна учитывать общие страницы.

Есть три способа определения:

1. Резидентный (Resident Set Size, RSS): Все страницы: Shared + Non-Shared.
2. Пропорциональный (Proportional Set Size, PSS): Не разделенные страницы + равномерное распределение разделяемых страниц (например, если три процесса совместно используют 3 МБ, каждый процесс получает 1 МБ в PSS) (используется именно этот способ).
3. Уникальный (Unique Set Size, USS): Только не разделенные страницы.

PSS — это то, что используется ОС. Вычисление PSS занимает много времени, поскольку системе необходимо определить, какие страницы и сколько процессов их совместно используют.

После этого в памяти обязательно появится свободное место для запуска нового приложения.

Ищете видеообъяснение? Посмотрите это:

Источник