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操作系统内存管理基础

不论是 Linux 内核还是 Android 系统，内存管理都是核心关键技术。内存管理不仅仅是为应用程序分配内存，更是保障系统稳定运行的基础。了解内存管理的原理，对理解 Android 系统的性能优化和内存管理机制尤为重要。

虚拟内存

虚拟内存是操作系统内存管理的核心机制。当系统内存资源不足时，虚拟内存会利用硬盘空间来扩展物理内存，通过交换机制将需要的数据暂时加载到内存中。

虚拟内存地址空间分为三个层次：

虚拟内存的核心工作流程： 逻辑地址 → 分段机制 → 线性地址 → 分页机制 → 物理地址

内存分配与回收

内存分配与回收是操作系统的关键任务，主要解决以下问题：

mmap

mmap 是一种将设备或文件映射到进程内存空间的机制，允许应用程序直接操作内存而无需进行 IO 操作。mmap 函数的定义如下：

void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

mmap 的关键参数：

• addr：映射到进程空间的起始地址。
• len：被映射的内存块大小。
• prot：内存访问权限（如可读、可写）。
• flags：内存操作方式（如共享或私有）。
• fd：文件描述符。
• offset：从文件中指定偏移位置开始映射。

mmap 在 Android 中广泛应用，例如 Binder 驱动和 MemoryFile 实现中都依赖 mmap 函数。

Copy on Write

Copy on Write 是一种优化内核内存管理的技术。多个进程共享同一块内存，直到某个进程修改数据时，系统才会复制一份副本供该进程使用。这种方式减少了内存拷贝的开销，提升系统性能。

Linux 的 fork() 函数就采用了 Copy on Write 技术，避免在子进程创建时拷贝父进程的内存。

Android 内存管理

Android 对 Linux 内核内存管理机制进行了扩展和优化，特别是在低内存环境下的进程管理。

Low Memory Killer

Android 系统引入了梯级杀进程机制，避免因内存不足导致系统崩溃。Android 的 Low Memory Killer 与 Linux 内核 OOMKiller 有以下区别：

Low Memory Killer 的核心实现：

• lowmem_adj 数组定义进程优先级。
• lowmem_minfree 数组定义不同梯级的内存限制。
• 通过修改系统文件动态调整配置。

Ashmem 驱动

Ashmem 是 Android 的匿名共享内存机制，允许多个进程共享同一块内存。其实现依赖以下关键部分：

MemoryFile 原理

MemoryFile 是 Java 层对 Ashmem 的封装，提供内存文件接口。其核心实现包括：

总结

通过对虚拟内存、内存分配与回收、mmap 以及 Android 的 Low Memory Killer、Ashmem 驱动和 MemoryFile 原理的学习，我们可以更深入地理解 Android 系统内存管理的核心机制。这些知识点不仅有助于优化应用性能，也为后续学习其他 Android 系统组件打下基础。