讀書筆記，如需轉載，請註明作者：Yuloran (t.cn/EGU6c76)
前言
筆者在之前的文章《分析並優化 Android 應用記憶體佔用》中提到，為了避免 Cached Pages 太少時導致裝置卡頓、當機、重啟等情況，Android 引入了 LowMemoryKiller（源自 Linux OOM Killer） 機制，提前回收優先順序比較低的程式所佔的資源，以保證一個較好的使用者體驗。程式優先順序列表由 SystemServer 程式維護：
其中 Cached 程式列表，使用的是 LRU 演算法。
每個 Java 程式都有一個相關聯的 ProcessRecord 物件，其成員變數 curAdj 就表示該程式當前狀態下的優先順序：
int curAdj; // Current OOM adjustment for this process
複製程式碼當裝置可用記憶體低於 LMK 閾值時，LMK 便會根據程式的優先順序，逐級殺死程式並釋放其佔用的資源。
建議先閱讀筆者前四篇博文，以對 Android 記憶體相關有一個比較全面而深入的瞭解：
本篇博文為 Android 記憶體系列的最後一篇。
程式的生命週期
本小節摘自 Google Android Developers 《程式和執行緒》，LMK 殺死程式時，將遵從 空程式 -> 後臺程式 -> 服務程式 -> 可見程式 -> 前臺程式 的順序：
前臺程式
使用者當前操作所必需的程式。如果一個程式滿足以下任一條件，即視為前臺程式：
- 託管使用者正在互動的 Activity（已呼叫 Activity 的 onResume() 方法）
- 託管某個 Service，該 Service 繫結到使用者正在互動的 Activity
- 託管正在“前臺”執行的 Service（服務已呼叫 startForeground()）
- 託管正執行一個生命週期回撥的 Service（onCreate()、onStart() 或 onDestroy()）
- 託管正執行其 onReceive() 方法的 BroadcastReceiver
通常，在任意給定時間前臺程式都為數不多。只有在記憶體不足以支援它們同時繼續執行這一萬不得已的情況下，系統才會終止它們。
可見程式
沒有任何前臺元件、但仍會影響使用者在螢幕上所見內容的程式。 如果一個程式滿足以下任一條件，即視為可見程式：
- 託管不在前臺、但仍對使用者可見的 Activity（已呼叫其 onPause() 方法）。例如，如果前臺 Activity 啟動了一個對話方塊，則有可能會發生這種情況。
- 託管繫結到可見（或前臺）Activity 的 Service。
可見程式被視為是極其重要的程式，除非為了維持所有前臺程式同時執行而必須終止，否則系統不會終止這些程式。
服務程式
正在執行已使用 startService() 方法啟動的服務且不屬於上述兩個更高類別程式的程式。
儘管服務程式與使用者所見內容沒有直接關聯，但是它們通常在執行一些使用者關心的操作（例如，在後臺播放音樂或從網路下載資料）。因此，除非記憶體不足以維持所有前臺程式和可見程式同時執行，否則系統會讓服務程式保持執行狀態。
後臺程式
包含目前對使用者不可見的 Activity 的程式（已呼叫 Activity 的 onStop() 方法）。
這些程式對使用者體驗沒有直接影響，系統可能隨時終止它們，以回收記憶體供前臺程式、可見程式或服務程式使用。 通常會有很多後臺程式在執行，因此它們會儲存在 LRU （最近最少使用）列表中，以確保包含使用者最近檢視的 Activity 的程式最後一個被終止。
空程式
不含任何活動應用元件的程式。
保留這種程式的的唯一目的是用作快取，以縮短下次在其中執行元件所需的啟動時間。 為使總體系統資源在程式快取和底層核心快取之間保持平衡，系統往往會終止這些程式。
LowMemoryKiller
Andorid 的 Low Memory Killer 是在標準的 Linux Kernel 的 OOM Killer 基礎上修改而來的一種記憶體管理機制。當系統記憶體不足時，殺死不重要的程式以釋放其記憶體。LMK 的關鍵引數有 3 個：
- oom_adj：在 Framework 層使用，代表程式的優先順序，數值越高，優先順序越低，越容易被殺死。
- oom_adj threshold：在 Framework 層使用，代表 oom_adj 的記憶體閾值。Android Kernel 會定時檢測當前剩餘記憶體是否低於這個閥值，若低於則殺死 oom_adj ≥ 該閾值對應的 oom_adj 中，數值最大的程式，直到剩餘記憶體恢復至高於該閥值的狀態。
- oom_score_adj： 在 Kernel 層使用，由 oom_adj 換算而來，是殺死程式時實際使用的引數。
oom_adj
取值範圍定義：
-> ProcessList（AOSP, master 分支）
// These are the various interesting memory levels that we will give to
// the OOM killer. Note that the OOM killer only supports 6 slots, so we
// can't give it a different value for every possible kind of process.
private final int[] mOomAdj = new int[] {
FOREGROUND_APP_ADJ, VISIBLE_APP_ADJ, PERCEPTIBLE_APP_ADJ,
BACKUP_APP_ADJ, CACHED_APP_MIN_ADJ, CACHED_APP_MAX_ADJ
};
複製程式碼以上僅是 LMK 殺死程式時使用的 adj，實際上該類中定義了更多的 adj：
| 常量定義 | 常量取值 | 含義 |
|---|---|---|
| NATIVE_ADJ | -1000 | native程式（不被系統管理） |
| SYSTEM_ADJ | -900 | 系統程式 |
| PERSISTENT_PROC_ADJ | -800 | 系統persistent程式，比如telephony |
| PERSISTENT_SERVICE_ADJ | -700 | 關聯著系統或persistent程式 |
| FOREGROUND_APP_ADJ | 0 | 前臺程式 |
| VISIBLE_APP_ADJ | 100 | 可見程式 |
| PERCEPTIBLE_APP_ADJ | 200 | 可感知程式，比如後臺音樂播放 |
| BACKUP_APP_ADJ | 300 | 備份程式 |
| HEAVY_WEIGHT_APP_ADJ | 400 | 後臺的重量級程式，system/rootdir/init.rc檔案中設定 |
| SERVICE_ADJ | 500 | 服務程式 |
| HOME_APP_ADJ | 600 | Home程式 |
| PREVIOUS_APP_ADJ | 700 | 上一個App的程式 |
| SERVICE_B_ADJ | 800 | B List中的Service（較老的、使用可能性更小） |
| CACHED_APP_MIN_ADJ | 900 | 不可見程式的adj最小值 |
| CACHED_APP_MAX_ADJ | 906 | 不可見程式的adj最大值 |
| UNKNOWN_ADJ | 1001 | 一般指將要會快取程式，無法獲取確定值 |
以上常量在 Android 6.0（API23）及之前版本的取值範圍為 [-17, 16]：ProcessList（AOSP，marshmallow-release 分支）
規律：取值越大，重要性越低，程式越容易被殺死。
當觸發 LowMemoryKiller 機制時，可根據日誌中程式的 adj 值，具體分析程式是在什麼狀態下被殺死的。
oom_adj threshold
取值範圍定義：
-> ProcessList（AOSP, master 分支）
// The actual OOM killer memory levels we are using.
private final int[] mOomMinFree = new int[mOomAdj.length];
複製程式碼具體取值由下面兩個變數經過換算得到：
// These are the low-end OOM level limits. This is appropriate for an
// HVGA or smaller phone with less than 512MB. Values are in KB.
private final int[] mOomMinFreeLow = new int[] {
12288, 18432, 24576,
36864, 43008, 49152
};
// These are the high-end OOM level limits. This is appropriate for a
// 1280x800 or larger screen with around 1GB RAM. Values are in KB.
private final int[] mOomMinFreeHigh = new int[] {
73728, 92160, 110592,
129024, 147456, 184320
};
複製程式碼陣列初始化或更新的方法：
private void updateOomLevels(int displayWidth, int displayHeight, boolean write) {
float scaleMem = ((float)(mTotalMemMb-350))/(700-350);
int minSize = 480*800; // 384000
int maxSize = 1280*800; // 1024000 230400 870400 .264
float scaleDisp = ((float)(displayWidth*displayHeight)-minSize)/(maxSize-minSize);
float scale = scaleMem > scaleDisp ? scaleMem : scaleDisp;
...省略
final boolean is64bit = Build.SUPPORTED_64_BIT_ABIS.length > 0;
for (int i=0; i<mOomAdj.length; i++) {
int low = mOomMinFreeLow[i];
int high = mOomMinFreeHigh[i];
if (is64bit) {
// Increase the high min-free levels for cached processes for 64-bit
if (i == 4) high = (high*3)/2;
else if (i == 5) high = (high*7)/4;
}
mOomMinFree[i] = (int)(low + ((high-low)*scale));
}
...省略
if (write) {
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(4 * (2*mOomAdj.length + 1));
buf.putInt(LMK_TARGET);
for (int i=0; i<mOomAdj.length; i++) {
// 除以了 PAGE_SIZE，所以 minfree 中的單位為頁，及 4KB
buf.putInt((mOomMinFree[i]*1024)/PAGE_SIZE);
buf.putInt(mOomAdj[i]);
}
// 向 lmkd 程式傳送 LMK_TARGET 命令，
// 將 oom_adj 閾值寫入 "/sys/module/lowmemorykiller/parameters/minfree"
// 將 oom_adj 寫入 "/sys/module/lowmemorykiller/parameters/adj"
writeLmkd(buf);
SystemProperties.set("sys.sysctl.extra_free_kbytes", Integer.toString(reserve));
}
// GB: 2048,3072,4096,6144,7168,8192
// HC: 8192,10240,12288,14336,16384,20480
}
複製程式碼在 ActivityManagerService 呼叫 updateConfiguration() 的過程中會呼叫該方法，根據裝置的解析度初始化或更新閾值的大小。
oom_score_adj
取值範圍定義在 Linux Kernel 中：
-> oom.h
#ifndef _UAPI__INCLUDE_LINUX_OOM_H
#define _UAPI__INCLUDE_LINUX_OOM_H
/*
* /proc/<pid>/oom_score_adj set to OOM_SCORE_ADJ_MIN disables oom killing for
* pid.
*/
#define OOM_SCORE_ADJ_MIN (-1000)
#define OOM_SCORE_ADJ_MAX 1000
/*
* /proc/<pid>/oom_adj set to -17 protects from the oom killer for legacy
* purposes.
*/
#define OOM_DISABLE (-17)
/* inclusive */
#define OOM_ADJUST_MIN (-16)
#define OOM_ADJUST_MAX 15
#endif /* _UAPI__INCLUDE_LINUX_OOM_H */
複製程式碼oom_adj 到 oom_score_adj 的換算方法定義在 Linux Driver 中：
static int lowmem_oom_adj_to_oom_score_adj(int oom_adj)
{
if (oom_adj == OOM_ADJUST_MAX)
return OOM_SCORE_ADJ_MAX;
else
return (oom_adj * OOM_SCORE_ADJ_MAX) / -OOM_DISABLE;
}
複製程式碼工作流程
簡述 LMK 的工作流程
啟動 lmkd
lmkd 是由 init程式通過解析 init.rc 檔案來啟動的守護程式。lmkd 會建立名為 lmkd 的 socket，節點位於 /dev/socket/lmkd，該 socket 用於跟上層 framework 互動：
service lmkd /system/bin/lmkd
class core
group root readproc
critical
socket lmkd seqpacket 0660 system system
writepid /dev/cpuset/system-background/tasks
複製程式碼lmkd 啟動後，便會進入迴圈等待狀態，接受來自 ProcessList 的三個命令：
| 命令 | 功能 | 方法 |
|---|---|---|
| LMK_TARGET | 初始化 oom_adj | ProcessList::setOomAdj() |
| LMK_PROCPRIO | 更新 oom_adj | ProcessList::updateOomLevels() |
| LMK_PROCREMOVE | 移除程式（暫時無用） | ProcessList::remove() |
初始化 oom_adj
在 ActivityManagerService 呼叫 updateConfiguration() 的過程中會呼叫 ProcessList::updateOomLevels() 方法，根據裝置的解析度調整閾值的大小，通過 LMK_TARGET 命令，通知 lmkd（low memory killer deamon）分別向 /sys/module/lowmemorykiller/parameters 目錄下的 minfree 和 adj 節點寫入相應資訊：
更新 oom_adj
在 ActivityManagerService 呼叫 applyOomAdjLocked() 的過程中會呼叫 ProcessList::setOomAdj() 方法，通過 LMK_PROCPRIO 命令，通知 lmkd 向 /proc/程式號/oom_score_adj 寫入 oomadj：
D:\Android\projects\wanandroid_java>adb shell ps | findstr wanandroid
u0_a71 6461 1285 1177696 84024 SyS_epoll_ b131e424 S com.yuloran.wanandroid_java
D:\Android\projects\wanandroid_java>adb shell ls /proc/6461/
...省略
oom_adj
oom_score
oom_score_adj
...
複製程式碼ActivityManagerService 會根據當前應用程式託管元件（即四大元件）生命週期的變化，及時的呼叫 applyOomAdjLocked()，更新程式狀態及該狀態對應的 oom_adj。
程式狀態表：
-> ActivityManager.java（AOSP，branch：master）
| 常量定義 | 常量取值 | 含義 |
|---|---|---|
| PROCESS_STATE_UNKNOWN | -1 | 非真實的程式狀態 |
| PROCESS_STATE_PERSISTENT | 0 | persistent 系統程式 |
| PROCESS_STATE_PERSISTENT_UI | 1 | persistent 系統程式，並正在執行UI操作 |
| PROCESS_STATE_TOP | 2 | 擁有當前使用者可見的 top Activity |
| PROCESS_STATE_FOREGROUND_SERVICE | 3 | 託管一個前臺 Service 的程式 |
| PROCESS_STATE_BOUND_FOREGROUND_SERVICE | 4 | 託管一個由系統繫結的前臺 Service 的程式 |
| PROCESS_STATE_IMPORTANT_FOREGROUND | 5 | 對使用者很重要的程式，使用者可感知其存在 |
| PROCESS_STATE_IMPORTANT_BACKGROUND | 6 | 對使用者很重要的程式，使用者不可感知其存在 |
| PROCESS_STATE_TRANSIENT_BACKGROUND | 7 | Process is in the background transient so we will try to keep running. |
| PROCESS_STATE_BACKUP | 8 | 後臺程式，正在執行backup/restore操作 |
| PROCESS_STATE_SERVICE | 9 | 後臺程式，且正在執行service |
| PROCESS_STATE_RECEIVER | 10 | 後臺程式，且正在執行receiver |
| PROCESS_STATE_TOP_SLEEPING | 11 | 與 PROCESS_STATE_TOP 一樣，但此時裝置正處於休眠狀態 |
| PROCESS_STATE_HEAVY_WEIGHT | 12 | 後臺程式，但無法執行restore，因此儘量避免kill該程式 |
| PROCESS_STATE_HOME | 13 | 後臺程式，且擁有 home Activity |
| PROCESS_STATE_LAST_ACTIVITY | 14 | 後臺程式，且擁有上一次顯示的 Activity |
| PROCESS_STATE_CACHED_ACTIVITY | 15 | 程式處於 cached 狀態，且內含 Activity |
| PROCESS_STATE_CACHED_ACTIVITY_CLIENT | 16 | 程式處於 cached 狀態，且為另一個 cached 程式(內含 Activity)的 client 程式 |
| PROCESS_STATE_CACHED_RECENT | 17 | 程式處於 cached 狀態，且內含與當前最近任務相對應的 Activity |
| PROCESS_STATE_CACHED_EMPTY | 18 | 程式處於 cached 狀態，且為空程式 |
| PROCESS_STATE_NONEXISTENT | 19 | 不存在的程式 |
同一個程式，在不同狀態下，其 oom_adj 是不一樣的。
kill 並移除程式
在 ActivityManagerService 呼叫 updateOomAdjLocked() 時，會判斷程式是否需要被殺死，若是，則呼叫 ProceeRecord::kill() 方法殺死該程式：
注: 目前 LMK_PROCREMOVE 命令暫時無用，即未執行有意義的程式碼。
結語
Android 記憶體系列至此，全部完結?。如有錯誤，還望不吝賜教?。