Android 中 app freezer 原理详解(一)：R 版本

基于版本：Android R

0. 前言

在之前的两篇博文《Android 中app内存回收优化(一)》和 《Android 中app内存回收优化(二)》中详细剖析了 Android 中 app 内存优化的流程。这个机制的管理通过 CachedAppOptimizer 类管理，为什么叫这个名字，而不叫 AppCompact 等？在之前的两篇博文中也提到了，因为该类中还管理了一个重要功能：freezer，一个针对应用进程长期处于 Cached 状态的优化。

本文将继续分析 CachedAppOptimizer 类另一个功能 freezer。

1. Freezer 触发

在《Android oom_adj 更新原理(二)》中详细剖析了 OomAdjuster.applyOomAdjLocked() 函数，在 oom_adj 发生变化之后会重新 compute 然后在 apply， 在该函数中就是通过调用 updateAppFreezeStateLocked(app) 来确认是否冻结进程。

1.1 updateAppFreezeStateLocked()

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/OomAdjuster.javavoid updateAppFreezeStateLocked(ProcessRecord app) {// 确定该功能是使能的if (!mCachedAppOptimizer.useFreezer()) {return;}// 如果该进程处于 frozen状态，但sholudNoFreeze变为true，需要解冻if (app.frozen && app.shouldNotFreeze) {mCachedAppOptimizer.unfreezeAppLocked(app);}// 如果该进程的 adj处于 CACHED，并且可以冻结，则调用 freezeAppAsync() 冻结// 如果该进程的 adj离开 CACHED，则解冻if (app.curAdj >= ProcessList.CACHED_APP_MIN_ADJ && !app.frozen && !app.shouldNotFreeze) {mCachedAppOptimizer.freezeAppAsync(app);} else if (app.setAdj < ProcessList.CACHED_APP_MIN_ADJ && app.frozen) {mCachedAppOptimizer.unfreezeAppLocked(app);}}

2. CachedAppOptimizer.init()

对于CachedAppOptimizer 的构造调用，以及 init() 函数的触发流程，可以参考《Android 中app内存回收优化(一)》 一文第 1 节 和 第 2 节。

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/CachedAppOptimizer.javapublic void init() {...synchronized (mPhenotypeFlagLock) {...updateUseFreezer();}}

2.1 updateUseFreezer()

    private void updateUseFreezer() {// 获取settings 中属性 cached_apps_freezer 的值，根据属性值初始化变量mUseFreezerfinal String configOverride = Settings.Global.getString(mAm.mContext.getContentResolver(),Settings.Global.CACHED_APPS_FREEZER_ENABLED);if ("disabled".equals(configOverride)) {mUseFreezer = false;} else if ("enabled".equals(configOverride)|| DeviceConfig.getBoolean(DeviceConfig.NAMESPACE_ACTIVITY_MANAGER_NATIVE_BOOT,KEY_USE_FREEZER, DEFAULT_USE_FREEZER)) {mUseFreezer = isFreezerSupported();}if (mUseFreezer && mFreezeHandler == null) {Slog.d(TAG_AM, "Freezer enabled");enableFreezer(true);if (!mCachedAppOptimizerThread.isAlive()) {mCachedAppOptimizerThread.start();}mFreezeHandler = new FreezeHandler();Process.setThreadGroupAndCpuset(mCachedAppOptimizerThread.getThreadId(),Process.THREAD_GROUP_SYSTEM);} else {enableFreezer(false);}}

首先确认 freezer 功能是否使能，用个流程图来说明比较清晰：

当 freezer 使能，就会：

  • 调用 enableFreezer() 进行使能，详细的流程可以查看第 4 节；
  • 如果 CachedAppOptimizer 中的 ServiceThread 没有启动，则启动；
  • 创建 free handler，用以处理 freezer 相关消息；
  • 设置 ServiceThread 的优先级为 THREAD_GROUP_SYSTEM；

3. cgroups 简介

cgroups (全称：control groups) 是 Linux 内核提供的一种可以限制单个进程或者多个进程所使用资源的机制，可以对 CPU、memory 等资源实现精细化的控制。目前越来越活的轻量级容器 Docker 就使用了 cgroups 提供的资源限制能力来完成 CPU、memory 等部门的资源控制。

cgroups 为每种可以控制的资源定义了一个子系统，典型的子系统如下：

  • cpu：主要限制进程的 cpu 使用率；
  • cpuaat：可以统计 cgroups 中的进程的 cpu 使用报告；
  • cpuset：可以为 cgroups 中的进程分配单独的 cpu 节点或内存节点；
  • memory：可以限制进程的 memory 使用量；
  • blkio：可以限制进程的块设备 io；
  • devices：可以控制进程能够访问某些设备；
  • freezer：可以挂起或恢复 cgroups 中的进程；
  • net_cls：可以标记 cgroups 中进程的网络数据包，然后可以使用 tc (traffic control)模块对数据包进行控制；
  • ns：可以使不同的 cgroups 下面的进程使用不同的 namespace；

在 Android Q 或更高版本通过 task profiles 使用 cgroup 抽象层，task profiles 可以用来描述应用于某个线程或进程的一个set 或 sets 的限制。系统依照 task profiles 的规定选择一个或多个适当的 cgroups。通过这种限制，可以对底层的 cgroup 功能集进行更改，而不会影响较高的软件层。

具体的细节可以查看博文：《Android 中 cgroup抽象层详解》

本文的很多重要特性都是通过 profile 的方式完成。

4. enableFreezer()

主要是调用 enableFreezerInternal() 函数：

    private static native void enableFreezerInternal(boolean enable);
frameworks/base/services/core/jni/com_android_server_am_CachedAppOptimizer.cppstatic void com_android_server_am_CachedAppOptimizer_enableFreezerInternal(JNIEnv *env, jobject clazz, jboolean enable) {bool success = true;if (enable) {success = SetTaskProfiles(0, {"FreezerEnabled"}, true);} else {success = SetTaskProfiles(0, {"FreezerDisabled"}, true);}if (!success) {jniThrowException(env, "java/lang/RuntimeException", "Unknown error");}
}

 通过接口 SetTaskProfiles() 往对应的节点写入特定的 value 值，详细可以查看博文：《Android 中 cgroup抽象层详解》

5. freezeAppAsync()

参数为 ProcessRecord 类型，也就是对应的进程。

    void freezeAppAsync(ProcessRecord app) {mFreezeHandler.removeMessages(SET_FROZEN_PROCESS_MSG, app);mFreezeHandler.sendMessageDelayed(mFreezeHandler.obtainMessage(SET_FROZEN_PROCESS_MSG, DO_FREEZE, 0, app),FREEZE_TIMEOUT_MS);}

注意，

  • 如果该进程已经发送 freeze 请求，再次发送请求时，先取消原来的消息；
  • 发送消息 SET_FROZEN_PROCESS_MSG，请求 freeze；
  • 消息处理的延时时长为 FREEZE_TIMEOUT_MS(10 min)，如果10 分钟之后，冻结该进程的消息还没有被取消，则进入冻结进程的流程；

6. unfreezeAppLocked()

    void unfreezeAppLocked(ProcessRecord app) {// 首先，取消之前该进程的冻结请求mFreezeHandler.removeMessages(SET_FROZEN_PROCESS_MSG, app);// 如果进程还没有冻结，则无需做解冻处理if (!app.frozen) {return;}/********进程处于冻结，进行解冻处理*********/boolean processKilled = false;// 冻住的进程可以接收异步binder请求，但是不会处理，只是放入binder buffer， 过多的请求会导致buffer耗尽；// 这里需要确认下该进程在解冻之前，进程是否在冰冻期间收到同步的binder 请求，有则kill该进程try {int freezeInfo = getBinderFreezeInfo(app.pid);if ((freezeInfo & SYNC_RECEIVED_WHILE_FROZEN) != 0) {Slog.d(TAG_AM, "pid " + app.pid + " " + app.processName + " "+ " received sync transactions while frozen, killing");app.kill("Sync transaction while in frozen state",ApplicationExitInfo.REASON_OTHER,ApplicationExitInfo.SUBREASON_INVALID_STATE, true);processKilled = true;}if ((freezeInfo & ASYNC_RECEIVED_WHILE_FROZEN) != 0) {Slog.d(TAG_AM, "pid " + app.pid + " " + app.processName + " "+ " received async transactions while frozen");}} catch (Exception e) {Slog.d(TAG_AM, "Unable to query binder frozen info for pid " + app.pid + " "+ app.processName + ". Killing it. Exception: " + e);app.kill("Unable to query binder frozen stats",ApplicationExitInfo.REASON_OTHER,ApplicationExitInfo.SUBREASON_INVALID_STATE, true);processKilled = true;}if (processKilled) {return;}long freezeTime = app.freezeUnfreezeTime;try {freezeBinder(app.pid, false);} catch (RuntimeException e) {Slog.e(TAG_AM, "Unable to unfreeze binder for " + app.pid + " " + app.processName+ ". Killing it");app.kill("Unable to unfreeze",ApplicationExitInfo.REASON_OTHER,ApplicationExitInfo.SUBREASON_INVALID_STATE, true);return;}try {Process.setProcessFrozen(app.pid, app.uid, false);app.freezeUnfreezeTime = SystemClock.uptimeMillis();app.frozen = false;} catch (Exception e) {Slog.e(TAG_AM, "Unable to unfreeze " + app.pid + " " + app.processName+ ". This might cause inconsistency or UI hangs.");}if (!app.frozen) {if (DEBUG_FREEZER) {Slog.d(TAG_AM, "sync unfroze " + app.pid + " " + app.processName);}mFreezeHandler.sendMessage(mFreezeHandler.obtainMessage(REPORT_UNFREEZE_MSG,app.pid,(int) Math.min(app.freezeUnfreezeTime - freezeTime, Integer.MAX_VALUE),app.processName));}}

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