Android进程系列第六篇---LowmemoryKiller机制分析(上)
一、内容预览
概要.png 二、概述
前面进程系列已经更新了五篇，本文（基于Android O源码），梳理LMK杀进程机制上篇，主要总结AMS和LowmemoryKiller通信的方式以及LowmemoryKiller的原理。
Android进程系列第一篇---进程基础
Android进程系列第二篇---Zygote进程的创建流程
Android进程系列第三篇---SystemServer进程的创建流程
Android进程系列第四篇---SystemServer进程的启动流程
Android进程系列第五篇---应用进程的创建流程
1、为什么引入LowmemoryKiller？
进程的启动分冷启动和热启动，当用户退出某一个进程的时候，并不会真正的将进程退出，而是将这个进程放到后台，以便下次启动的时候可以马上启动起来，这个过程名为热启动，这也是Android的设计理念之一。这个机制会带来一个问题，每个进程都有自己独立的内存地址空间，随着应用打开数量的增多,系统已使用的内存越来越大，就很有可能导致系统内存不足。为了解决这个问题，系统引入LowmemoryKiller(简称lmk)管理所有进程，根据一定策略来kill某个进程并释放占用的内存，保证系统的正常运行。
2、 LMK基本原理？
所有应用进程都是从zygote孵化出来的，记录在AMS中mLruProcesses列表中，由AMS进行统一管理，AMS中会根据进程的状态更新进程对应的oom_adj值，这个值会通过文件传递到kernel中去，kernel有个低内存回收机制，在内存达到一定阀值时会触发清理oom_adj值高的进程腾出更多的内存空间，这就是Lowmemorykiller工作原理。
3、LMK基本实现方案
所以根据不同手机的配置，就有对应的杀进程标准，这个标准用minfree和adj两个文件来定义：
/sys/module/lowmemorykiller/parameters/minfree：里面是以","分割的一组数，每个数字代表一个内存级别。
/sys/module/lowmemorykiller/parameters/adj：对应上面的一组数，每个数组代表一个进程优先级级别
用小米note3举例：
wangjing@wangjing-OptiPlex-7050:~$ adb rootrestarting adbd as rootwangjing@wangjing-OptiPlex-7050:~$ adb shelljason:/ # cat /sys/module/lowmemorykiller/parameters/minfree18432,23040,27648,32256,55296,80640jason:/ # jason:/ # cat /sys/module/lowmemorykiller/parameters/adj0,100,200,300,900,906jason:/ # minfree中数值的单位是内存中的页面数量，一般情况下一个页面是4KB，当内存低于80640的时候，系统会杀死adjj>=906级别的进程，当内存低于55296的时候，系统会杀死adj>=900级别的进程。不同配置的机器这两个文件会有区别，我把minfree文件中的值理解成五个水位线，而adj这个文件中的值与minfree文件中的数值一一对应，意味着到达什么样的水位线，杀死对应数值的进程。
对于应用进程来说，也需要有自身的adj，由AMS负责更新。定义在oom_adj和oom_score_adj文件中：
/proc/pid/oom_adj：代表当前进程的优先级，这个优先级是kernel中的优先级。
/proc/pid/oom_score_adj：这个是AMS上层的优先级，与ProcessList中的优先级对应
比如查看一下头条进程的adj值，如下：
jason:/ # ps -ef |grep news u0_a159 7113 1119 8 15:21:12 ? 00:00:11 com.ss.android.article.newsu0_a159 7188 1119 0 15:21:12 ? 00:00:00 com.ss.android.article.news:adu0_a159 7299 1119 1 15:21:16 ? 00:00:02 com.ss.android.article.news:pushu0_a159 7384 1119 1 15:21:17 ? 00:00:00 com.ss.android.article.news:pushserviceroot 7838 6429 3 15:23:35 pts/0 00:00:00 grep newsjason:/ # cat proc/7113/oom_adj 0jason:/ # cat proc/7113/oom_score_adj 0jason:/ # cat proc/7113/oom_adj 12jason:/ # cat proc/7113/oom_score_adj 700jason:/ # 当头条位于前台进程的时候oom_adj值为0，oom_score_adj值也是0，当退出成为后台进程的时候，oom_adj值为12，oom_score_adj值是700。
其实oom_adj与oom_score_adj这两个值是有换算关系的。
kernel/drivers/staging/android/lowmemorykiller.c271static short lowmem_oom_adj_to_oom_score_adj(short oom_adj)272{273 if (oom_adj == OOM_ADJUST_MAX)274 return OOM_SCORE_ADJ_MAX;275 else276 return (oom_adj * OOM_SCORE_ADJ_MAX) / -OOM_DISABLE;277}其中OOM_ADJUST_MAX=-15，OOM_SCORE_ADJ_MAX=1000，OOM_DISABLE=-17，那么换算就是：oom_score_adj=12*1000/17=700。高版本的内核都不在使用oom_adj，而是用oom_score_adj，oom_score_adj是一个向后兼容。
综上总结一下LMK的基本原理，如下
LMK基本原理.png 用户在启动一个进程之后，通常伴随着启动一个Activity游览页面或者一个Service播放音乐等等，这个时候此进程的adj被AMS提高，LMK就不会杀死这个进程，当这个进程要做的事情做完了，退出后台了，此进程的adj很快又被AMS降低。当需要杀死一个进程释放内存时，一般先根据当前手机剩余内存的状态，在minfree节点中找到当前等级，再根据这个等级去adj节点中找到这个等级应该杀掉的进程的优先级， 之后遍历所有进程并比较进程优先级adj与优先级阈值，并杀死优先级低于阈值的进程，达到释放内存的目的。本文不讨论adj的计算，只讨论lmk原理。
三、LowmemoryKiller机制剖析
总的来说，Framework层通过调整adj的值和阈值数组，输送给kernel中的lmk，为lmk提供杀进程的原材料，因为用户空间和内核空间相互隔离，就采用了文件节点进行通讯，用socket将adj的值与阈值数组传给lmkd(5.0之后不在由AMS直接与lmk通信，引入lmkd守护进程)，lmkd将这些值写到内核节点中。lmk通过读取这些节点，实现进程的kill，所以整个lmk机制大概可分成三层。
LMK三层架构.png 3.1、Framework层
AMS中与adj调整的有三个核心的方法，如下
AMS.updateConfiguration：更新窗口配置，这个过程中，分别向/sys/module/lowmemorykiller/parameters目录下的minfree和adj节点写入相应数值；
AMS.applyOomAdjLocked：应用adj，当需要杀掉目标进程则返回false；否则返回true，这个过程中，调用setOomAdj(),向/proc/pid/oom_score_adj写入oom_adj 后直接返回；
AMS.cleanUpApplicationRecordLocked & AMS.handleAppDiedLocked：进程死亡后，调用remove()，直接返回;
3.1.1、 AMS.updateConfiguration
public boolean updateConfiguration(Configuration values) { synchronized(this) { if (values == null && mWindowManager != null) { // sentinel: fetch the current configuration from the window manager values = mWindowManager.computeNewConfiguration(DEFAULT_DISPLAY); } if (mWindowManager != null) { // Update OOM levels based on display size. mProcessList.applyDisplaySize(mWindowManager); } ..... } }mProcessList是ProcessList对象，调用applyDisplaySize方法，基于屏幕尺寸，更新LMK的水位线
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ProcessList.java198 void applyDisplaySize(WindowManagerService wm) {199 if (!mHaveDisplaySize) {200 Point p = new Point();201 // TODO(multi-display): Compute based on sum of all connected displays' resolutions.202 wm.getBaseDisplaySize(Display.DEFAULT_DISPLAY, p);203 if (p.x != 0 && p.y != 0) { //传入屏幕的尺寸204 updateOomLevels(p.x, p.y, true);205 mHaveDisplaySize = true;206 }207 }208 }传入屏幕的尺寸更新水位线，逻辑很简单
210 private void updateOomLevels(int displayWidth, int displayHeight, boolean write) {211 // Scale buckets from avail memory: at 300MB we use the lowest values to212 // 700MB or more for the top values.213 float scaleMem = ((float)(mTotalMemMb-350))/(700-350);214215 //根据屏幕大小计算出scale216 int minSize = 480*800; // 384000217 int maxSize = 1280*800; // 1024000 230400 870400 .264218 float scaleDisp = ((float)(displayWidth*displayHeight)-minSize)/(maxSize-minSize); //google代码就是这么写的，表示不好评价了219 if (false) {220 Slog.i("XXXXXX", "scaleMem=" + scaleMem);221 Slog.i("XXXXXX", "scaleDisp=" + scaleDisp + " dw=" + displayWidth222 + " dh=" + displayHeight);223 }224225 float scale = scaleMem > scaleDisp ? scaleMem : scaleDisp;226 if (scale < 0) scale = 0;227 else if (scale > 1) scale = 1;228 int minfree_adj = Resources.getSystem().getInteger(229 com.android.internal.R.integer.config_lowMemoryKillerMinFreeKbytesAdjust);230 int minfree_abs = Resources.getSystem().getInteger(231 com.android.internal.R.integer.config_lowMemoryKillerMinFreeKbytesAbsolute);232 if (false) {233 Slog.i("XXXXXX", "minfree_adj=" + minfree_adj + " minfree_abs=" + minfree_abs);234 }235236 final boolean is64bit = Build.SUPPORTED_64_BIT_ABIS.length > 0;237 //通过下面的运算，将mOomMinFreeLow和mOomMinFreeHigh经过运算 // 最后得出的 值存入mOomMinFree中，而如何计算这个值，是根据当前屏幕的分辨率和内存大小来238 for (int i=0; i这里携带的命令协议是LMK_TARGET，它对应到kernel里面执行的函数是cmd_target，要求kernel干的事情就是更新两面两个文件
/sys/module/lowmemorykiller/parameters/minfree/sys/module/lowmemorykiller/parameters/adj这两个文件的作用我已经在开头说过了，我把minfree文件中的值理解成五个水位线，而adj这个文件中的值与minfree文件中的数值一一对应，意味着到达什么样的水位线，杀死对应数值的进程。而AMS里面就是通过调用applyDisplaySize方法，基于屏幕尺寸以及机器的CPU位数，更新LMK的水位线的。
3.1.2、 AMS.applyOomAdjLocked
在看applyOomAdjLocked方法，这个方法的作用是应用adj，这个过程中，调用setOomAdj(),向/proc/pid/oom_score_adj写入oom_adj 后直接返回；系统中更新adj的操作很频繁，四大组件的生命周期都会影响着adj的值。而更新adj一般由applyOomAdjLocked完成。在看代码之前，在回温一下AMS中adj的定义，Android M与之后的adj定义有所区别。
Android M 
Android M之后 可以看到M之后的adj数值变大的，为什么呢
image.png 因为这样adj可以更加细化了，即使相同进程，不同任务栈的adj也可以不一样。从Android P开始，进一步细化ADJ级别，增加了VISIBLE_APP_LAYER_MAX(99)，是指VISIBLE_APP_ADJ(100)跟PERCEPTIBLE_APP_ADJ(200)之间有99个槽，则可见级别ADJ的取值范围为[100,199]。 算法会根据其所在task的mLayerRank来调整其ADJ，100加上mLayerRank就等于目标ADJ，layer越大，则ADJ越小。
再次科普一下，我们可以用下面的两个办法随时查看adj的值 。
１、cat proc//oom_score_adj２、adb shell dumpsys activity o/p 好了，现在来看AMS调用applyOomAdjLocked更新adj。
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java22000 private final boolean applyOomAdjLocked(ProcessRecord app, boolean doingAll, long now, long nowElapsed) { .........2200922010 if (app.curAdj != app.setAdj) { //之前的adj不等于计算的adj，需要更新22011 ProcessList.setOomAdj(app.pid, app.uid, app.curAdj);22012 if (DEBUG_SWITCH || DEBUG_OOM_ADJ || mCurOomAdjUid == app.info.uid) {22013 String msg = "Set " + app.pid + " " + app.processName + " adj "22014 + app.curAdj + ": " + app.adjType;22015 reportOomAdjMessageLocked(TAG_OOM_ADJ, msg);22016 }22017 app.setAdj = app.curAdj;22018 app.verifiedAdj = ProcessList.INVALID_ADJ;22019 } .........22020}/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ProcessList.java630 public static final void setOomAdj(int pid, int uid, int amt) {631 if (amt == UNKNOWN_ADJ)632 return;633634 long start = SystemClock.elapsedRealtime();635 ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(4 * 4);636 buf.putInt(LMK_PROCPRIO);637 buf.putInt(pid);638 buf.putInt(uid);639 buf.putInt(amt); //将AMS已经计算好的adj值通过socket发送到lmkd640 writeLmkd(buf);641 long now = SystemClock.elapsedRealtime();642 if ((now-start) > 250) {643 Slog.w("ActivityManager", "SLOW OOM ADJ: " + (now-start) + "ms for pid " + pid644 + " = " + amt);645 }646 }这里携带的命令协议是LMK_PROCPRIO，对应kernel里面cmd_procprio函数，要求kernel干的事情是---把AMS发送过来的adj值更新到下面的文件中去。这样内存紧张的时候，LMK就会遍历内核中进程列表，杀死相应adj的进程了。
3.1.3、 AMS.cleanUpApplicationRecordLocked & AMS.handleAppDiedLocked
进程死掉后，会调用该进程的ProcessList.remove方法，也会通过Socket通知lmkd更新adj。
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ProcessList.java651 public static final void remove(int pid) {652 ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(4 * 2);653 buf.putInt(LMK_PROCREMOVE);654 buf.putInt(pid);655 writeLmkd(buf);656 }这里携带的命令协议是LMK_PROCREMOVE，对应kernel里面的cmd_procremove函数,要求kernel干的事情是，当进程死亡了，删除/proc/
上面三大方法最后都是通过writeLmkd与lmkd通信，现在看看writeLmkd中怎么和lmkd通信的，首先需要打开与lmkd通信的socket，lmkd创建名称为lmkd的socket，节点位于/dev/socket/lmkd
658 private static boolean openLmkdSocket() {659 try {660 sLmkdSocket = new LocalSocket(LocalSocket.SOCKET_SEQPACKET);661 sLmkdSocket.connect(662 new LocalSocketAddress("lmkd",663 LocalSocketAddress.Namespace.RESERVED));664 sLmkdOutputStream = sLmkdSocket.getOutputStream();665 } catch (IOException ex) {666 Slog.w(TAG, "lowmemorykiller daemon socket open failed");667 sLmkdSocket = null;668 return false;669 }670671 return true;672 }当sLmkdSocket创建之后，就用它来发送数据到对端(lmkd)
674 private static void writeLmkd(ByteBuffer buf) {675 //尝试三次676 for (int i = 0; i < 3; i++) {677 if (sLmkdSocket == null) {678 if (openLmkdSocket() == false) {679 try {680 Thread.sleep(1000);681 } catch (InterruptedException ie) {682 }683 continue;684 }685 }686687 try {688 sLmkdOutputStream.write(buf.array(), 0, buf.position());689 return;690 } catch (IOException ex) {691 Slog.w(TAG, "Error writing to lowmemorykiller socket");692693 try {694 sLmkdSocket.close();695 } catch (IOException ex2) {696 }697698 sLmkdSocket = null;699 }700 }701 }702}四、总结
这篇文章主要是总结lmk的初步的工作原理，如何为系统的资源保驾护航。核心原理就是Framework层通过调整adj的值和阈值数组，输送给kernel中的lmk，为lmk提供杀进程的原材料。通过前面的分析AMS中给lmkd发送数据原材料有三个入口，携带的命令协议也有三种，如下。
| 功能 | AMS对应方法 | 命令 | 内核对应函数 | |
|---|---|---|---|---|
| LMK_PROCPRIO | PL.setOomAdj() | 设置指定进程的优先级，也就是oom_score_adj | cmd_procprio | |
| LMK_TARGET | PL.updateOomLevels() | 更新/sys/module/lowmemorykiller/parameters/中的minfree以及adj | cmd_target | |
| LMK_PROCREMOVE | PL.remove() | 移除进程 | cmd_procremove |
关于kenel中的工作流程，下面一篇分解。
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