Android | 内存指标与分析方法

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Hi，我是丑丑。本文 「Android 路线」| 导读 —— 从零到无穷大 已收录，这里有 Android 进阶成长路线笔记 & 博客，欢迎跟着彭丑丑一起成长。（联系方式在 GitHub）

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目录

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前置知识

这篇文章的内容会涉及以下前置 / 相关知识，贴心的我都帮你准备好了，请享用~

• 程序执行： Android 虚拟机 | 从类加载到程序执行

这篇文章偏底层，难免有写错的地方还请你多多斧正哦~

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1. 内存类型

Android 系统包括三种不同类型的内存：RAM、zRAM 和 ROM：

• RAM： 相当于 PC 中的内存条，是暂存 App 临时数据的存储介质。RAM 越大手机就能运行更多程序，且更佳流畅。考虑到体积和功耗，手机 RAM 不会使用 PC 中的 DDR RAM ，而是采用 LPDDR RAM（低功耗双倍数据速率内存）；

• zRAM： 相当于一块 虚拟内存，其基本原理是在 RAM 中划分一篇区域作为 SWAP 的交换分区，由于 zRAM 对存放的内容会进行实时的压缩，从而可以让系统当作虚拟内存来用。传统的虚拟内存是存储在磁盘上的，而 zRAM 是存储在内存中的，访问速度会提高很多；

• ROM： 相当于 PC 中的磁盘，是持久化存储数据的存储介质。ROM 越大手机能存储更多数据。

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2. 内存分页

对于内核来说，无论是内核进程还是用户进程，说到底都是task_struct结构体的一个实例。task_struct 也叫进程描述符（process descriptor），里面记录了进程相关的所有信息。

在 task_struct 中有一个mm_struct的数据结构，也叫内存描述符（memory descriptor），里面记录了 Linux 进程内存管理的所有信息。mm_struct 定义在linux/mm_types.h头文件中，其中有一个页（page）的数据结构：

struct page {
       page_flags_t flags;            标志位（每一位单独表示一种状态）
       atomic_t _count;               引用计数（-1 表示未被使用）
       atomic_t _mapcount;            映射计数
       unsigned long private;         私有数据指针
       struct address_space *mapping; 该页所在地址空间描述结构指针，用于内容为文件的页帧
       pgoff_t index;                 该页描述结构在地址空间 radix 树 page_tree 中的对象索引号即页号
       struct list_head lru;          最近最久未使用 struct slab 结构指针链表头变量
       void *virtual;                 页在虚拟地址中的地址，对于不能映射到内核空间的内存，该值为 NULL
};

—— 图片引用自网络

页（Page）是 Linux 内核进行内存管理的基本单位，通常一个页的大小为 4 KB。根据页面是否使用分为 “可用页” 和 “已使用页” 两种，其中已使用页可以分为以下类别：

2.1 缓存页

缓存页是指有存储器中的文件支持的内存，分为两种：私有页 & 共享页：

• 私有页： 一个进程独占

  • 干净页： 存储器中未经修改的文件副本，可由kswapd删除以增加可用内存；
  • 脏页： 存储器中经过修改的文件副本，可由kswapd移动到 zRAM 或者在 zRAM 中压缩以增加可用内存。

• 共享页： 多个进程共享

  • 干净页： 存储器中未经修改的文件副本，可由kswapd删除以增加可用内存；
  • 脏页： 存储器中经过修改的文件副本，允许通过kswapd或者通过msync()或munmap()将更改写会存储器中的文件，以增加可用空间。

2.2 匿名页

匿名页是没有存储器中的文件支持的内存（例如由设置了MAP_ANONYMOUS标志的mmap()进行分配）

• 脏页： 可由kswapd移动到 zRAM 或者在 zRAM 中压缩以增加可用内存。

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3. 最大堆内存

为了避免应用滥用内存，Android 系统会限制应用可以申请的最大堆内存，超过此限制就会抛出 OOM 异常。Android 设备出厂后，最大堆内存就已经确定，相关的配置位于系统根目录/system/build.prop文件中，我们可以通过命令查看：

命令：
adb shell cat /system/build.prop
------------------------------------------------------------------
输出：
...
dalvik.vm.heapstartsize=16m           [进程启动的初始堆内存]
dalvik.vm.heapgrowthlimit=128m        [进程最大堆内存]
dalvik.vm.heapsize=192m               [进程最大堆内存（开启 largeHeap="true"）]
dalvik.vm.heaptargetutilization=0.75
dalvik.vm.heapminfree=512k
dalvik.vm.heapmaxfree=8m
...

虚拟机参数	描述
dalvik.vm.heapstartsize	进程启动的初始堆内存
dalvik.vm.heapgrowthlimit	进程最大堆内存
dalvik.vm.heapsize	进程最大堆内存（开启 largeHeap="true"）
dalvik.vm.heaptargetutilization
dalvik.vm.heapminfree
dalvik.vm.heapmaxfree

在 App 虚拟机启动时，会读取/system/build.prop文件的配置，源码位于：AndroidRuntime.cpp

-> 虚拟机启动
int AndroidRuntime::startVm(JavaVM** pJavaVM, JNIEnv** pEnv, bool zygote) {
    ...
    parseRuntimeOption("dalvik.vm.heapstartsize", heapstartsizeOptsBuf, "-Xms", "4m");
    parseRuntimeOption("dalvik.vm.heapsize", heapsizeOptsBuf, "-Xmx", "16m");
    parseRuntimeOption("dalvik.vm.heapgrowthlimit", heapgrowthlimitOptsBuf, "-XX:HeapGrowthLimit=");
    parseRuntimeOption("dalvik.vm.heapminfree", heapminfreeOptsBuf, "-XX:HeapMinFree=");
    parseRuntimeOption("dalvik.vm.heapmaxfree", heapmaxfreeOptsBuf, "-XX:HeapMaxFree=");
    parseRuntimeOption("dalvik.vm.heaptargetutilization", heaptargetutilizationOptsBuf, "-XX:HeapTargetUtilization=");
    ...
}

需要注意的是，配置dalvik.vm.heapgrowthlimit限制的仅仅是 Java 堆内存，本地内存不受其限制的。换句话说，应用可以使用的最大内存其实是可以大于最大堆内存的。

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4. 进程到底占用了多少内存？

在确定进程占用了多少内存时，必须考虑多个进程共享页的情况。在 Linux 里，一个进程占用的内存有四种指标，分别是：

内存指标	全称	描述
VSS	Virtual Set Size	一个进程可访问的地址空间
RSS	Resident Set Size	常驻内存大小（包含共享页内存）
PSS	Proportional Set Size	按比例分摊的内存大小（按比例分摊共享页内存）
USS	Unique Set Size	独占内存大小（不包含共享页的内存）

一般来说内存占用大小有如下规律：VSS >= RSS >= PSS >= USS。

—— 图片引用自 https://developer.android.google.cn/topic/performance/memory-management Android Developers

• VSS： 一个进程可访问的地址空间，其大小还包括分配但未使用的内存，因此对于分析进程占用内存用处不大；

• RSS： 一个进程常驻内存大小，包含了进程使用的私有页和共享页，相对于 PSS 计算更快，更加适合跟踪内存分配量的变化。需要注意所有进程的 RSS 相加会超过物理内存很多；

• PSS： 进程按比例分摊的内存大小，相对于 RSS，它是按照比例分摊共享页占用的内存的。例如一个共享页被 N 个进程共享，那么 PSS 只会计算 共享页内存。PSS 在有些时候也是有偏差的，例如进程 A 和进程 B 使用同一个共享页没并且 B 在 A 之后启动，那么在 B 启动的那一刻，A 的 PSS 会突然断崖式降低，即时 A 并没有做任何内存释放，这会给分析进程内存行为带来麻烦。

• USS： 一个进程占用的私有内存大小，相对于其它指标，USS 不包含共享页，只包含进程独占的内存部分。如果该进程终止，USS 就是实际被返还给系统的内存大小。

—— 图片引用自 https://www.cnblogs.com/sunsky303/p/13494977.html —— sunsky303 著

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5. 内存分析命令

关于输出信息的具体分析，建议直接看 Gityuan 的这篇文章：《Android 内存分析命令》，已经写得非常详细了。

命令	作用
dumpsys meminfo	查看进程的内存使用情况
procrank	查看进程的内存使用情况（输出更详细的 VSS / RSS / PSS / USS 内存指标）
cat/proc/meminfo	查看更加详细的内存信息
free	查看可用内存
showmap	查看虚拟地址区域的内存情况
vmstat	查看内存情况，还可以查看进程运行队列、系统切换、CPU 时间占比等情况

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6. 内存分析工具

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参考资料

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