深挖android low memory killer

对于PC来说，内存是至关重要。如果某个程序发生了内存泄漏，那么一般情况下系统就会将其进程Kill掉。Linux中使用一种名称为OOM(Out Of Memory，内存不足)的机制来完成这个任务，该机制会在系统内存不足的情况下，选择一个进程并将其Kill掉。Android由于是嵌入式设备的操作系统,则使用了一个新的机制Low Memory Killer来完成同样的任务。下面首先来看看Low Memory Killer机制的原理以及它是如何选择被Kill的进程的。

　　1.Low Memory Killer的原理和机制

　　Low Memory Killer在用户空间中指定了一组内存临界值，当其中的某个值与进程描述中的oom_adj值在同一范围时，该进程将被Kill掉。通常，在“/sys/module/lowmemorykiller / parameters/adj”中指定oom_adj的最小值，在“/sys/module/lowmemorykiller/parameters/minfree”中储存空闲页面的数量，所有的值都用一个逗号将其隔开且以升序排列。比如：把“0,8”写入到/sys/module/lowmemorykiller/parameters/adj中，把“1024,4096”写入到/sys/module/lowmemory- killer/parameters/minfree中，就表示当一个进程的空闲存储空间下降到4096个页面时，oom_adj值为8或者更大的进程会被Kill掉。同理，当一个进程的空闲存储空间下降到1024个页面时，oom_adj值为0或者更大的进程会被Kill掉。我们发现在lowmemorykiller.c中就指定了这样的值，如下所示：

static int lowmem_adj[6] = {
    0,
    1,
    6,
    12,
};
static int lowmem_adj_size = 4;
static size_t lowmem_minfree[6] = {
    3*512, // 6MB
    2*1024, // 8MB
    4*1024, // 16MB
    16*1024, // 64MB
};
static int lowmem_minfree_size = 4;

这就说明，当一个进程的空闲空间下降到3´512个页面时，oom_adj值为0或者更大的进程会被Kill掉;当一个进程的空闲空间下降到2´1024个页面时，oom_adj值为10或者更大的进程会被Kill掉，依此类推。其实更简明的理解就是满足以下条件的进程将被优先Kill掉：

　　task_struct->signal_struct->oom_adj越大的越优先被Kill。

　　占用物理内存最多的那个进程会被优先Kill。

　　进程描述符中的signal_struct->oom_adj表示当内存短缺时进程被选择并Kill的优先级，取值范围是-17~15。如果是-17，则表示不会被选中，值越大越可能被选中。当某个进程被选中后，内核会发送SIGKILL信号将其Kill掉。

　　实际上，Low Memory Killer驱动程序会认为被用于缓存的存储空间都要被释放，但是，如果很大一部分缓存存储空间处于被锁定的状态，那么这将是一个非常严重的错误，并且当正常的oom killer被触发之前，进程是不会被Kill掉的。

2.Low Memory Killer的具体实现

在了解了Low Memory Killer的原理之后，我们再来看如何实现这个驱动。Low Memory Killer驱动的实现位于drivers/misc/lowmemorykiller.c。

该驱动的实现非常简单，其初始化与退出操作也是我们到目前为止见过的最简单的，代码如下：

static int __init lowmem_init(void)
{
    register_shrinker(&lowmem_shrinker);
    return ;
}
static void __exit lowmem_exit(void)
{
    unregister_shrinker(&lowmem_shrinker);
}
module_init(lowmem_init);
module_exit(lowmem_exit);

　　在初始化函数lowmem_init中通过register_shrinker注册了一个shrinker为lowmem_shrinker;退出时又调用了函数lowmem_exit，通过unregister_shrinker来卸载被注册的lowmem_shrinker。其中lowmem_shrinker的定义如下：

static struct shrinker lowmem_shrinker = {
    .shrink = lowmem_shrink,
    .seeks = DEFAULT_SEEKS *
};

　lowmem_shrink是这个驱动的核心实现，当内存不足时就会调用lowmem_shrink方法来Kill掉某些进程。下面来分析其具体实现，实现代码如下：

static int lowmem_shrink(int nr_to_scan, gfp_t gfp_mask)
{
    struct task_struct *p;
    struct task_struct *selected = NULL;
    int rem = ;
    int tasksize;
    int i;
    int min_adj = OOM_ADJUST_MAX + ;
    int selected_tasksize = ;
    int array_size = ARRAY_SIZE(lowmem_adj);
    int other_free = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
    int other_file = global_page_state(NR_FILE_PAGES);
    if(lowmem_adj_size < array_size)
        array_size = lowmem_adj_size;
    if(lowmem_minfree_size < array_size)
        array_size = lowmem_minfree_size;
    for(i = ; i < array_size; i++) {
        if (other_free < lowmem_minfree[i] &&
            other_file < lowmem_minfree[i]) {
            min_adj = lowmem_adj[i];
            break;
        }
    }
    if(nr_to_scan > )
        lowmem_print(, "lowmem_shrink %d, %x, ofree %d %d, ma %d\n", nr_to_scan,
                 gfp_mask, other_free, other_file, min_adj);
    rem = global_page_state(NR_ACTIVE_ANON) +
        global_page_state(NR_ACTIVE_FILE) +
        global_page_state(NR_INACTIVE_ANON) +
        global_page_state(NR_INACTIVE_FILE);
    if (nr_to_scan <=  || min_adj == OOM_ADJUST_MAX + ) {
        lowmem_print(, "lowmem_shrink %d, %x, return %d\n", nr_to_scan, gfp_mask,
                 rem);
        return rem;
    }
 
    read_lock(&tasklist_lock);
    for_each_process(p) {
        if (p->oomkilladj < min_adj || !p->mm)
            continue;
        tasksize = get_mm_rss(p->mm);
        if (tasksize <= )
            continue;
        if (selected) {
            if (p->oomkilladj < selected->oomkilladj)
                continue;
            if (p->oomkilladj == selected->oomkilladj &&
                tasksize <= selected_tasksize)
                continue;
        }
        selected = p;
        selected_tasksize = tasksize;
        lowmem_print(, "select %d (%s), adj %d, size %d, to kill\n",
                     p->pid, p->comm, p->oomkilladj, tasksize);
    }
    if(selected != NULL) {
        lowmem_print(, "send sigkill to %d (%s), adj %d, size %d\n",
                     selected->pid, selected->comm,
                     selected->oomkilladj, selected_tasksize);
        force_sig(SIGKILL, selected);
        rem -= selected_tasksize;
    }
    lowmem_print(, "lowmem_shrink %d, %x, return %d\n", nr_to_scan, gfp_mask, rem);
    read_unlock(&tasklist_lock);
    return rem;
}

可以看出，其中多处用到了global_page_state函数。有很多人找不到这个函数，其实它被定义在了linux/vmstat.h中，其参数使用zone_stat_item枚举，被定义在linux/mmzone.h中，具体代码如下：

enum zone_stat_item {
    NR_FREE_PAGES,
    NR_LRU_BASE,
    NR_INACTIVE_ANON = NR_LRU_BASE,
    NR_ACTIVE_ANON,
    NR_INACTIVE_FILE,
    NR_ACTIVE_FILE,
#ifdef CONFIG_UNEVICTABLE_LRU
    NR_UNEVICTABLE,
    NR_MLOCK,
#else
    NR_UNEVICTABLE = NR_ACTIVE_FILE, /* 避免编译错误*/
    NR_MLOCK = NR_ACTIVE_FILE,
#endif
    NR_ANON_PAGES,        /* 匿名映射页面*/
    NR_FILE_MAPPED,        /*映射页面*/
    NR_FILE_PAGES,
    NR_FILE_DIRTY,
    NR_WRITEBACK,
    NR_SLAB_RECLAIMABLE,
    NR_SLAB_UNRECLAIMABLE,
    NR_PAGETABLE,
    NR_UNSTABLE_NFS,
    NR_BOUNCE,
    NR_VMSCAN_WRITE,
    NR_WRITEBACK_TEMP,    /* 使用临时缓冲区*/
#ifdef CONFIG_NUMA
    NUMA_HIT,            /* 在预定节点上分配*/
    NUMA_MISS,            /* 在非预定节点上分配*/
    NUMA_FOREIGN,
    NUMA_INTERLEAVE_HIT,
    NUMA_LOCAL,            /* 从本地页面分配*/
    NUMA_OTHER,            /* 从其他节点分配 */
#endif
    NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS };

　再回过头来看owmem_shrink函数，首先确定我们所定义的lowmem_adj和lowmem_minfree数组的大小(元素个数)是否一致，如果不一致则以最小的为基准。因为我们需要通过比较lowmem_minfree中的空闲储存空间的值，以确定最小min_adj值(当满足其条件时，通过其数组索引来寻找lowmem_adj中对应元素的值);之后检测min_adj的值是否是初始值“OOM_ADJUST_MAX + 1”，如果是，则表示没有满足条件的min_adj值，否则进入下一步;然后使用循环对每一个进程块进行判断，通过min_adj来寻找满足条件的具体进程(主要包括对oomkilladj和task_struct进行判断);最后，对找到的进程进行NULL判断，通过“force_sig(SIGKILL, selected)”发送一条SIGKILL信号到内核，Kill掉被选中的“selected”进程。

　　关于Low Memory Killer的分析就到这里，在了解了其机制和原理之后，我们发现它的实现非常简单，与标准的Linux OOM机制类似，只是实现方式稍有不同。标准Linux的OOM Killer机制在mm/oom_kill.c中实现，且会被__alloc_pages_may_oom调用(在分配内存时，即mm/page_alloc.c中)。oom_kill.c最主要的一个函数是out_of_memory，它选择一个bad进程Kill，Kill的方法同样是通过发送SIGKILL信号。在out_of_memory中通过调用select_bad_process来选择一个进程Kill，选择的依据在badness函数中实现，基于多个标准来给每个进程评分，评分最高的被选中并Kill。一般而言，占用内存越多，oom_adj就越大，也就越有可能被选中。