解读Android进程优先级ADJ算法

本文基于原生Android 9.0源码来解读进程优先级原理，基于篇幅考虑会精炼部分代码

一、概述

1.1 进程

Android框架对进程创建与管理进行了封装，对于APP开发者只需知道Android四大组件的使用。当Activity, Service, ContentProvider, BroadcastReceiver任一组件启动时，当其所承载的进程存在则直接使用，不存在则由框架代码自动调用startProcessLocked创建进程。一个APP可以拥有多个进程，多个APP也可以运行在同一个进程，通过配置Android:process属性来决定。所以说对APP来说进程几乎是透明的，但了解进程对于深刻理解Android系统是至关关键的。

1.2 优先级

Android系统的设计理念正是希望应用进程能尽量长时间地存活，以提升用户体验。应用首次打开比较慢，这个过程有进程创建以及Application等信息的初始化，所以应用在启动之后，即便退到后台并非立刻杀死，而是存活一段时间，这样下次再使用则会非常快。对于APP同样希望自身尽可能存活更长的时间，甚至探索各种保活黑科技。物极必反，系统处于低内存的状态下，手机性能会有所下降；系统继续放任所有进程一直存活，系统内存很快就会枯竭而亡，那么需要合理地进程回收机制。

到底该回收哪个进程呢？系统根据进程的组件状态来决定每个进程的优先级值ADJ，系统根据一定策略先杀优先级最低的进程，然后逐步杀优先级更低的进程，依此类推，以回收预期的可用系统资源，从而保证系统正常运转。

谈到优先级，可能有些人会想到Linux进程本身有nice值，这个能决定CPU资源调度的优先级；而本文介绍Android系统中的ADJ，主要决定在什么场景下什么类型的进程可能会被杀，影响的是进程存活时间。ADJ与nice值两者定位不同，不过也有一定的联系，优先级很高的进程，往往也是用户不希望被杀的进程，是具有有一定正相关性。

1.3 ADJ级别

ADJ级别	取值	含义
NATIVE_ADJ	-1000	native进程
SYSTEM_ADJ	-900	仅指system_server进程
PERSISTENT_PROC_ADJ	-800	系统persistent进程
PERSISTENT_SERVICE_ADJ	-700	关联着系统或persistent进程
FOREGROUND_APP_ADJ	0	前台进程
VISIBLE_APP_ADJ	100	可见进程
PERCEPTIBLE_APP_ADJ	200	可感知进程，比如后台音乐播放
BACKUP_APP_ADJ	300	备份进程
HEAVY_WEIGHT_APP_ADJ	400	重量级进程
SERVICE_ADJ	500	服务进程
HOME_APP_ADJ	600	Home进程
PREVIOUS_APP_ADJ	700	上一个进程
SERVICE_B_ADJ	800	B List中的Service
CACHED_APP_MIN_ADJ	900	不可见进程的adj最小值
CACHED_APP_MAX_ADJ	906	不可见进程的adj最大值

从Android 7.0开始，ADJ采用100、200、300；在这之前的版本ADJ采用数字1、2、3，这样的调整可以更进一步地细化进程的优先级，比如在VISIBLE_APP_ADJ(100)与PERCEPTIBLE_APP_ADJ(200)之间，可以有ADJ=101、102级别的进程。

省去lmk对oom_score_adj的计算过程，Android 7.0之前的版本，oom_score_adj= oom_adj * 1000/17；而Android 7.0开始，oom_score_adj= oom_adj，不用再经过一次转换。

1.4 LMK

为了防止剩余内存过低，Android在内核空间有lowmemorykiller(简称LMK)，LMK是通过注册shrinker来触发低内存回收的，这个机制并不太优雅，可能会拖慢Shrinkers内存扫描速度，已从内核4.12中移除，后续会采用用户空间的LMKD + memory cgroups机制，这里先不展开LMK讲解。

进程刚启动时ADJ等于INVALID_ADJ，当执行完attachApplication()，该该进程的curAdj和setAdj不相等，则会触发执行setOomAdj()将该进程的节点/proc/pid/oom_score_adj写入oomadj值。下图参数为Android原生阈值，当系统剩余空闲内存低于某阈值(比如147MB)，则从ADJ大于或等于相应阈值(比如900)的进程中，选择ADJ值最大的进程，如果存在多个ADJ相同的进程，则选择内存最大的进程。如下是64位机器，LMK默认阈值图：

lmk_adj

在updateOomLevels()过程，会根据手机屏幕尺寸或内存大小来调整scale，默认大多数手机内存都大于700MB，则scale等于1。对于64位手机，阈值会更大些，具体如下。

private void updateOomLevels(int displayWidth, int displayHeight, boolean write) {
   
    ...
    for (int i=0; i<mOomAdj.length; i++) {
   
        int low = mOomMinFreeLow[i];
        int high = mOomMinFreeHigh[i];
        if (is64bit) {
   
            if (i == 4) high = (high*3)/2;
            else if (i == 5) high = (high*7)/4;
        }
        mOomMinFree[i] = (int)(low + ((high-low)*scale));
    }
}

二、解读ADJ

接下来，解读每个ADJ值都对应着怎样条件的进程，包括正在运行的组件以及这些组件的状态几何。这里重点介绍上图标红的ADJ级别所对应的进程。

Android系统中计算各进程ADJ算法的核心方法:

updateOomAdjLocked：更新adj，当目标进程为空或者被杀则返回false；否则返回true;
computeOomAdjLocked：计算adj，返回计算后RawAdj值;
applyOomAdjLocked：应用adj，当需要杀掉目标进程则返回false；否则返回true。

当Android四大组件状态改变时会updateOomAdjLocked()来同步更新相应进程的ADJ优先级。这里需要说明一下，当同一个进程有多个决定其优先级的组件状态时，取优先级最高的ADJ作为最终的ADJ。另外，进程会通过设置maxAdj来限定ADJ的上限。

关于分析进程ADJ相关信息，常用命令如下：

dumpsys meminfo，
dumpsys activity o
dumpsys activity p

2.0 ADJ<0的进程

NATIVE_ADJ(-1000)：是由init进程fork出来的Native进程，并不受system管控；
SYSTEM_ADJ(-900)：是指system_server进程；
PERSISTENT_PROC_ADJ(-800): 是指在AndroidManifest.xml中申明android:persistent=”true”的系统(即带有FLAG_SYSTEM标记)进程，persistent进程一般情况并不会被杀，即便被杀或者发生Crash系统会立即重新拉起该进程。
PERSISTENT_SERVICE_ADJ(-700)：是由startIsolatedProcess()方式启动的进程，或者是由system_server或者persistent进程所绑定(并且带有BIND_ABOVE_CLIENT或者BIND_IMPORTANT)的服务进程

再来说一下其他优先级：

BACKUP_APP_ADJ(300)：执行bindBackupAgent()过程的进程
HEAVY_WEIGHT_APP_ADJ(400): realStartActivityLocked()过程，当应用的privateFlags标识
PRIVATE_FLAG_CANT_SAVE_STATE的进程；
HOME_APP_ADJ(600)：当类型为ACTIVITY_TYPE_HOME的应用，比如桌面APP
PREVIOUS_APP_ADJ(700)：用户上一个使用的APP进程

SYSTEM_ADJ(-900)

SYSTEM_ADJ: 仅指system_server进程。在执行SystemServer的startBootstrapServices()过程会调用AMS.setSystemProcess()，将system_server进程的maxAdj设置成SYSTEM_ADJ，源码如下：

public void setSystemProcess() {
   
    ...
    ApplicationInfo info = mContext.getPackageManager().getApplicationInfo(
            "android", STOCK_PM_FLAGS | MATCH_SYSTEM_ONLY);
    mSystemThread.installSystemApplicationInfo(info, getClass().getClassLoader());
    synchronized (this) {
   
        ProcessRecord app = newProcessRecordLocked(info, info.processName, false, 0);
        app.persistent = true;
        app.pid = MY_PID;
        app.maxAdj = ProcessList.SYSTEM_ADJ;
        app.makeActive(mSystemThread.getApplicationThread(), mProcessStats);
        synchronized (mPidsSelfLocked) {
   
            mPidsSelfLocked.put(app.pid, app);
        }
        updateLruProcessLocked(app, false, null);
        updateOomAdjLocked();
    }
    ...
}

但system_server的ADJ并非等于-900，而是-800？是由于startPersistentApps()过程直接把其adj重新被设置为-800，这算是一个小BUG，但其实目前来说对于ADJ<0的进程，LMK不会杀，两者没有什么区别。

PERSISTENT_PROC_ADJ(-800)

PERSISTENT_PROC_ADJ：在AndroidManifest.xml中申明android:persistent=”true”的系统(即带有FLAG_SYSTEM标记)进程，称之为persistent进程。对于persistent进程常规情况都不会被杀，一旦被杀或者发生Crash，进程会立即重启。

AMS.addAppLocked(）或AMS.newProcessRecordLocked()过程会赋值：

场景1： newProcessRecordLocked

final ProcessRecord newProcessRecordLocked(ApplicationInfo info, String customProcess, boolean isolated, int isolatedUid) {
   
  String proc = customProcess != null ? customProcess : info.processName;
  final int userId = UserHandle.getUserId(info.uid);
  int uid = info.uid;
  ...
  final ProcessRecord r = new ProcessRecord(stats, info, proc, uid);
  if (!mBooted && !mBooting
          && userId == UserHandle.USER_SYSTEM
          && (info.flags & PERSISTENT_MASK) == PERSISTENT_MASK) {
   
      r.persistent = true;
      r.maxAdj = ProcessList.PERSISTENT_PROC_ADJ;
  }
  if (isolated && isolatedUid != 0) {
   
      r.maxAdj = ProcessList.PERSISTENT_SERVICE_ADJ;
  }
  return r;
}

在每一次进程启动的时候都会判断该进程是否persistent进程，如果是则会设置maxAdj=PERSISTENT_PROC_ADJ。 system_server进程应该也是persistent进程？

场景2：addAppLocked

final ProcessRecord addAppLocked(ApplicationInfo info, String customProcess, boolean isolated, String abiOverride) {
   
    ProcessRecord app;
    if (!isolated) {
   
        app = getProcessRecordLocked(customProcess != null ? customProcess : info.processName,
                info.uid, true)<