Android安全模型之Android安全机制（内存管理）

Ashmem匿名共享内存

Android的匿名共享内存（Ashmem）机制基于Linux内核的共享内存，但是Ashmem与cache shrinker关联起来，增加了内存回收算法的注册接口，因此Linux内存管理系统将不再使用内存区域加以回收。Ashmem以内核驱动的形式实现，在文件系统中创建/dev/ashmem设备文件。如果进程A与进程B需要共享内存，进程A可通过open打开该文件，用ioctl命令ASHMEM_SET_NAME和ASHMEM_SET_SIZE设置共享内存的名称和大小。mmap使用handle获得共享的内存区域；进程B使用同样的handle，由mmap获得同一块内存。handle在进程间的传递可通过Binder等方式实现。

为有效回收，需要该内存区域的所有者通知Ashmem驱动。通过用户，Ashmem驱动程序，以及Linux内存管理系统的协调，使内存管理更适应嵌入式移动设备内存较少的特点。Ashmem机制辅助内存管理系统来有效管理不再使用的内存，同时通过Binder进程通信机制实现进程间的内存共享。

Ashmem不但以/dev/ashmem设备文件的形式适应Linux开发者的习惯，而且在Android系统运行时和应用程序框架层提供了访问接口。其中，在系统运行时提供了C/C++调用接口，在应用程序框架层提供了Java调用接口。而实际上，应用程序框架层的Java调用接口是通过JNI方法来调用系统运行时的C/C++调用接口的，最后进入到内核空间的Ashmem驱动程序中。

LMK机制

Android的软件协议栈由操作系统内核，中间件与应用程序组成。虽然基于Linux操作系统内核，android进程的内存管理与Linux仍有区别。Android的应用程序由java语言编写，运行于Java虚拟机之上，但是，Android的java虚拟机Dalvik与传统的Java虚拟机是有区别的。Dalvik采用基于寄存器的虚拟机优化实现，确保多个虚拟机实例同时运行，借助Linux内核服务，实现安全保护，线程管理，底层进程与内存管理等功能。Dalvik虚拟机运行.dex格式的Dalvik可执行文件。.dex格式由android工具将java格式的class文件转化而来，并且进一步优化，降低内存占用。

Android的每个应用程序都有一个独立的Dalvik虚拟机实例，并且运行于独立的进程空间。Android运行时（Runtime）与虚拟机都运行于Linux操作系统之上，借助操作系统服务进行底层内存管理并访问底层设备的驱动程序。

但是，不同于Java与.NET，Android运行时同时管理进程的生命周期。为确保应用程序的响应性，可以在必要时停止甚至杀死某些进程，向更高优先级的进程释放资源。具体原则如下：

应用程序的进程优先级决定哪些进程可以被杀死以释放资源，而应用程序的优先级取决于其组件的最高优先级。
当两个进程具备相同的优先级时，通常处于低优先级时间最长的进程先被杀死，以释放资源。
进程优先级同时取决于进程间的依赖关系：例如，第一个进程依赖于第二个进程提供的服务（Services）或内容提供者（Content Provider），则第二个进程至少具备与第一个进程同样的优先级。

Android系统可以同时运行多个应用程序。由于启动与运行一个应用程序需要一定的时间开销，为了加快运行速度，Android并不会立即杀死一个退出的程序，而是让它驻留在内存中，以便下次运行时迅速启动。但是，随着程序越来越多，内存会出现不足。当Android系统需要某一进程释放资源为其他进程所用时，系统使用所谓的“LowMemoryKiller”杀死进程以释放资源。LowMemoryKiller在Linux内核中实现，按程序的重要性来决定杀死哪一个应用。因此，必须妥善设置进程的优先级，否则该进程可能在运行过程中被系统杀死。

Android自动管理打开并运行于后台的应用程序，单个程序都有一个oom_adj值，值越小，优先级越高，被杀死的可能性越低。Android将程序的重要性分成几类。

1. 前台进程（Active Process）：oom_adj值为0。前台进程为正在与用户交互的应用程序。为响应前台进程，Android可能要杀死其他进程以收回资源。前台进程分为以下几类：

活动（Activity）正在前台接收用户输入事件。
活动，服务与广播接收器正在执行一个onReceive事件处理函数。
服务正在执行onStart，onCreate或onDestroy事件处理函数。

2. 已启动服务的进程（Started Service Process）：oom_adj值为0。这类进程包含一个已启动的服务。服务并不直接与用户输入交互，因此服务的优先级低于可见活动的优先级。但是，已启动服务的进程仍然被认为是前台进程，只有在活动及可见活动需要资源时，已启动服务的进程才会被杀死。

3. 可见进程（Visible Process）：oom_adj值为1。活动（Activity）是可见的，但并不在前台，或者不响应用户的输入。例如，Activity被非全屏的Activity或透明的Activity所遮挡。包含此类可见Activity的进程被称为可见进程。只有在非常少有的极端情况下，此类进程才会被杀死以释放资源。

4. 后台进程（Background Process）：oom_adj值为2。这类进程不包含任何可见的活动与启动的服务。通常大量后台进程存在时，系统会采用（last-seen-firest-killl）后见先杀的方式，释放资源供前台进程使用。

5. 主界面（Home Process）：oom_adj值为4。

6. 隐藏进程（Hidden Process）：oom_adj值为7。

7. 内容提供者（Content Provider）：oom_adj值为14。

8. 空进程（Empty Process）：oom_adj值为15。既不提供服务，也不提供内容的进程。

Android系统通常有一个内存警戒值与oom_adj值的对应表：每个内存警戒值对应一个oom_adj值。当系统内存低于警戒值时，所有大于oom_adj值的进程都可被杀死！内存警戒与oom_adj值对应关系如下表：

进程各类	oom_adj值	内存警戒值（以4KB为单位）
前台进程/服务进程	0	1536
可见进程	1	2048
后台进程	2	4094
隐藏进程	7	5120
内容提供者	14	5632
空进程	15	6144

当可用内存小于6144 ＊ 4K ＝ 24MB时，开始杀死所有的空进程，当可用内存小于5632 * 4K ＝ 22MB时，开始杀死所有内容提供者与空进程。上表的设置可以通过修改以下两个文件实现：

/sys/module/lowmemorykiller/parameters/adj
/sys/module/lowmemorykiller/parameters/minfree

例如，把minfree最后一项改为32 ＊ 1024，那么当可用内存小于128MB时，就开始杀所有的空进程。

但是，当过多进程在内存中未被释放，系统反应速度会降低，造成用户满意度降低。用户可以自行使用如task killer与task Manager之类的工具软件手动杀死不必要的后台进程与空进程，强制释放资源。

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