Android13 针对low memory killer内存调优

引入概念

在旧版本的安卓系统中，当触发lmk（low memory killer）的时候一般认为就是内存不足导致，但是随着安卓版本的增加lmk的判断标准已经不仅仅是内存剩余大小，io，cpu同样会做评判，从而保证设备性能。这里引入的概念就是psi（Pressure Stall Information）压力失速信息，用来检测内存压力，这样能够更全面的保证我们的内存性能，提高设备反应速度。

Android 10 及更高版本支持新的 lmkd 模式，它使用内核压力失速信息 (PSI) 监视器来检测内存压力。上游内核中的 PSI 补丁程序集（已向后移植到 4.9 和 4.14 内核）可测量由于内存不足导致任务延迟的时间。由于这些延迟会直接影响用户体验，因此它们代表了确定内存压力严重性的便捷指标。上游内核还包括 PSI 监视器，这类监视器允许特权用户空间进程（例如 lmkd）指定这些延迟的阈值，并在突破阈值时从内核订阅事件。

PSI 监视器与 vmpressure 信号

由于 vmpressure 信号（由内核生成，用于检测内存压力并由 lmkd 使用）通常包含大量误报，因此 lmkd 必须执行过滤以确定是否真的存在内存压力。这会导致不必要的 lmkd 唤醒并使用额外的计算资源。使用 PSI 监视器可以实现更精确的内存压力检测，并最大限度地减少过滤开销。

使用 PSI 监视器

如需使用 PSI 监视器（而不是 vmpressure 事件），请配置 ro.lmk.use_psi 属性。默认值为 true，这会以 PSI 监视器作为 lmkd 内存压力检测的默认机制。由于 PSI 监视器需要内核支持，因此内核必须包含 PSI 向后移植补丁程序，并在启用 PSI 支持 (CONFIG_PSI=y) 的情况下进行编译。

为何舍弃原始内核LMK策略

内核中 LMK 驱动程序的缺点

由于存在大量问题，Android 弃用了 LMK 驱动程序，问题包括：

• 对于低内存设备，必须主动进行调整，即便如此，在处理涉及支持大文件的活跃页面缓存的工作负载时，其性能也较差。性能不良会导致出现抖动，但不会终止。
• LMK 内核驱动程序依赖于可用内存限制，不会根据内存压力进行扩缩。
• 由于设计的严格性，合作伙伴通常会自定义该驱动程序，使其可以在自己的设备上使用。
• LMK 驱动程序已挂接到 Slab Shrinker API，该 API 并非为了执行繁重操作（例如搜索并终止目标）而设计，这类操作会导致 vmscan 进程变慢。

用户空间 lmkd

用户空间 lmkd 可实现与内核中的驱动程序相同的功能，但它使用现有的内核机制检测和评估内存压力。这些机制包括使用内核生成的 vmpressure 事件或压力失速信息 (PSI) 监视器来获取关于内存压力水平的通知，以及使用内存 cgroup 功能限制根据进程的重要性分配给每个进程的内存资源。

在 Android 10 中使用用户空间 lmkd

在 Android 9 及更高版本中，用户空间 lmkd 会在未检测到内核中的 LMK 驱动程序时激活。由于用户空间 lmkd 要求内核支持内存 cgroup，因此必须使用以下配置设置编译内核：

CONFIG_ANDROID_LOW_MEMORY_KILLER=n
CONFIG_MEMCG=y
CONFIG_MEMCG_SWAP=y

终止策略

用户空间 lmkd 支持基于以下各项的终止策略：vmpressure 事件或 PSI 监视器、其严重性以及交换利用率等其他提示。低内存设备和高性能设备的终止策略有所不同：

• 对于内存不足的设备，一般情况下，系统会选择承受较大的内存压力。
• 对于高性能设备，如果出现内存压力，则会视为异常情况，应及时修复，以免影响整体性能。

您可以使用 ro.config.low_ram 属性配置终止策略。如需了解详情，请参阅低 RAM 配置。

用户空间 lmkd 还支持一种旧模式，在该模式下，它使用与内核中的 LMK 驱动程序相同的策略（即可用内存和文件缓存阈值）做出终止决策。要启用旧模式，请将 ro.lmk.use_minfree_levels 属性设置为 true。

配置 lmkd

使用以下属性为特定设备配置 lmkd。

属性	使用	默认
ro.config.low_ram	指定设备是低内存设备还是高性能设备。	false
ro.lmk.use_psi	使用 PSI 监视器（而不是 vmpressure 事件）。	true
ro.lmk.use_minfree_levels	使用可用内存和文件缓存阈值来做出进程终止决策（即与内核中的 LMK 驱动程序的功能一致）。	false
ro.lmk.low	在低 vmpressure 水平下可被终止的进程的最低 oom_adj 得分。	1001 （停用）
ro.lmk.medium	在中等 vmpressure 水平下可被终止的进程的最低 oom_adj 得分。	800 （已缓存或非必要服务）
ro.lmk.critical	在临界 vmpressure 水平下可被终止的进程的最低 oom_adj 得分。	0 （任何进程）
ro.lmk.critical_upgrade	支持升级到临界水平。	false
ro.lmk.upgrade_pressure	由于系统交换次数过多，将在该水平执行水平升级的 mem_pressure 上限。	100 （停用）
ro.lmk.downgrade_pressure	由于仍有足够的可用内存，将在该水平忽略 vmpressure 事件的 mem_pressure 下限。	100 （停用）
ro.lmk.kill_heaviest_task	终止符合条件的最繁重任务（最佳决策）与终止符合条件的任何任务（快速决策）。	true
ro.lmk.kill_timeout_ms	从某次终止后到其他终止完成之前的持续时间（以毫秒为单位）。	0 （停用）
ro.lmk.debug	启用 lmkd 调试日志。	false

注意：mem_pressure = 内存使用量/RAM_and_swap 使用量（以百分比的形式表示）。

设备配置示例：

PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES += \ro.lmk.low=1001 \ro.lmk.medium=800 \ro.lmk.critical=0 \ro.lmk.critical_upgrade=false \ro.lmk.upgrade_pressure=100 \ro.lmk.downgrade_pressure=100 \ro.lmk.kill_heaviest_task=true

Android 11 中的用户空间 lmkd

Android 11 通过引入新的终止策略改进了 lmkd。该终止策略使用 PSI 机制来执行 Android 10 中引入的内存压力检测。Android 11 中的 lmkd 会根据内存资源使用情况和抖动来防止出现内存不足和性能下降。这一终止策略取代了以前的策略，可同时用于高性能设备和低内存 (Android Go) 设备。

内核要求

对于 Android 11 设备，lmkd 需要以下内核功能：

• 添加 PSI 补丁程序并启用 PSI（Android 通用内核 4.9、4.14 和 4.19 中提供向后移植）。
• 添加 PIDFD 支持补丁程序（Android 通用内核 4.9、4.14 和 4.19 中提供向后移植）。
• 对于低内存设备，添加内存 cgroup。

必须使用以下配置设置编译内核：

CONFIG_PSI=y

在 Android 11 中配置 lmkd

Android 11 中的内存终止策略支持下面列出的调节旋钮和默认值。这些功能在高性能设备和低内存设备上都可使用。

属性	使用	默认
		高性能	低内存
ro.lmk.psi_partial_stall_ms	部分 PSI 失速阈值（以毫秒为单位），用于触发内存不足通知。如果设备收到内存压力通知的时间太晚，可以降低此值以在较早的时间触发通知。如果在不必要的情况下触发了内存压力通知，请提高此值以降低设备对噪声的敏感度。	70	200
ro.lmk.psi_complete_stall_ms	完全 PSI 失速阈值（以毫秒为单位），用于触发关键内存通知。如果设备收到关键内存压力通知的时间太晚，可以降低该值以在较早的时间触发通知。如果在不必要的情况下触发了关键内存压力通知，可以提高该值以降低设备对噪声的敏感度。	700
ro.lmk.thrashing_limit	工作集 refault 数量的上限，以占具有文件支持的页面缓存总大小的百分比表示。如果工作集 refault 的数量超过该值，则视为系统对其页面缓存造成抖动。如果设备性能在内存压力期间受到影响，请降低该值以限制抖动。如果因抖动原因而导致设备性能不必要地降低，请提高该值以允许更多抖动。	100	30
ro.lmk.thrashing_limit_decay	抖动阈值衰减，以占在系统无法恢复时（甚至是终止后）用于降低阈值的原始阈值的百分比表示。如果持续抖动导致不必要的终止，请降低该值。如果终止后对持续抖动的响应速度过慢，请提高该值。	10	50
ro.lmk.swap_util_max	最大交换内存量，以占可交换内存总量的百分比表示。如果交换的内存量超过此上限，则表示系统在交换了其大部分可交换内存后仍然存在压力。 当内存压力是由不可交换内存的分配导致时，就可能会发生这种情况，原因在于大部分可交换内存已经交换，所以无法通过交换来缓解这一压力。默认值为 100，这实际上会停用此检查。如果设备的性能在交换利用率较高且可用交换水平未降至 ro.lmk.swap_free_low_percentage 的内存压力期间受到影响，请降低该值以限制交换利用率。	100	100

以下旧的调节旋钮也可用于新的终止策略。

属性	使用	默认
		高性能	低内存
ro.lmk.swap_free_low_percentage	可用交换水平，以占总交换空间的百分比表示。“lmkd”使用该值作为阈值来判断何时将系统视为交换空间不足。如果“lmkd”因交换空间过多而终止，请降低该百分比。如果“lmkd”终止得太晚，从而导致 OOM 终止，请提高该百分比。	20	10
ro.lmk.debug	这会启用“lmkd”调试日志。在调节时启用调试。	false

问题实例

客户做重启压测，发现重启过程中概率出现应用被杀情况。本次被杀应用为launcher，对应log如下：

02-04 11:02:19.762 D/lowmemorykiller(  440): critical pressure event triggered
02-04 11:02:19.763 D/lowmemorykiller(  440): nr_free_pages: 39252 nr_inactive_file: 216786 nr_active_file: 84889 workingset_refault: 0 pgscan_kswapd: 199494 pgscan_direct: 0 pgscan_direct_throttle: 0 init_pgscan_direct: 0 init_pgscan_kswapd: 0 base_file_lru: 0 init_ws_refault: 0 free_swap: 393151 total_swap: 393215 swap_free_percentage: 99%
02-04 11:02:19.763 D/lowmemorykiller(  440): pgskip deltas: DMA: -1DMA32: 0 Normal: 0 High: -1 Movable: 0
02-04 11:02:19.763 D/lowmemorykiller(  440): reclaim: 1 in_compaction : 0
02-04 11:02:19.763 E/lowmemorykiller(  440): zoneinfo_parse_node per-node stats not found in zone DMA32; moving to next zone
02-04 11:02:19.763 E/lowmemorykiller(  440): calc_zone_watermarks pgskip_deltas_val: 0 pgskip_deltas[PGSKIP_IDX(i++)]: 0
02-04 11:02:19.763 D/lowmemorykiller(  440): Zone: 0 nr_free_pages: 38701 min: 18432 low: 25249 high: 32066 present: 778880 nr_cma_free: 207 max_protection: 0
02-04 11:02:19.763 D/lowmemorykiller(  440): Zone: 1 nr_free_pages: 0 min: 0 low: 0 high: 0 present: 0 nr_cma_free: 0 max_protection: 0
02-04 11:02:19.763 D/lowmemorykiller(  440): Aggregate wmarks: min: 18432 low: 100996 high: 128264 (nr_free - nr_cma_free): 38494 wbf_effective: 4
02-04 11:02:19.763 D/lowmemorykiller(  440): smallest wmark breached: high free_pages: 38494 cached_pages_considered_free: 0 breached_wm_level: 128264
02-04 11:02:19.763 D/lowmemorykiller(  440): nr_free_pages: 38701 Cached: 301751 Unevictable: 1712 Shmem: 985 mlocked: 1711 SwapCached: 0 active_anon: 522 inactive_anon: 141235cma_free: 207
02-04 11:02:19.765 E/ThermalEngine( 2896): parse_cooling_devices: Added cooling device: pause-cpu7 with cdev id:13
02-04 11:02:19.766 I/lowmemorykiller(  440): Kill 'com.android.launcher3' (2671), uid 10091, oom_score_adj 100 to free 102928kB rss, 0kB swap; reason: critical pressure and device is low on memory
02-04 11:02:19.766 E/ThermalEngine( 2896): parse_cooling_devices: Added cooling device: ufs with cdev id:1
02-04 11:02:19.766 I/killinfo(  440): [2671,10091,100,50,102928,1,2726892,154804,1207004,0,9144,3940,6848,6844,1572860,1572604,2088,564940,339556,867144,87576,174144,26928,57000,0,0,828,0,23977,0,0,0,66404,0,0,0.180000,0.180000,6.140000,2.280000,23.650000]
 

通过log来看触发的是critical pressure event。

通过lmk源码排查如下：

system\memory\lmkd\lmkd.cpp

通过注释可以知道，这是因为内存回收太慢导致。这里控制是通过监听kernel里的epoll事件，然后做相关判断进行进程的kill，这里代表了内存失速，由于我们3g内存其实也并不是很宽裕，需要经常回收内存，通过killinfo我们可以看到psi最后一项达到了23.650000证明cpu压力很大，证明系统回收内存压力较大，我们通过修改

ro.lmk.psi_scrit_complete_stall_ms来延长反应时间增大到400ms，从而解决此问题，下一篇文章将会详细分解lmk相关代码。