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关于android:Android-Freezer-简介

作者：

jiezi

在

1 概述

Android从诞生之初就有一个难题： 怎么最大限度的优化过程对无限的零碎物理资源的应用，比方CPU、电量、内存等，同时保障良好的用户体验。

很多过程在进行和用户交互之后，会长期停留在后盾，此时它们对于用户体验没有任何奉献。

Android之所以没有立即杀掉这些过程，是出于用户复原应用这些过程时，启动速度的思考。然而这些过程在后盾却能够继续占据应用CPU，有些会在后盾继续耗费内存。

怎么在不杀掉这些过程的根底之上，最大限度的限度这些过程？

Freezer 挺身而出，通过“冰冻”的形式解决问题。

1.1 性能开启

形式一 开发者选项 “Suspend execution for cached apps”。 可选项一共有三个， Device default, Enabled 和Disabled。须要留神的是，Android R下面的default 等于性能敞开; Android S 下面是默认开启。

形式二 adb 命令： adb shell settings put global cached\_apps\_freezer <enabled|disabled|default>

通过以上任意形式开启敞开该性能，都须要重启失效。

1.2 版本要求

Kernel 5.4, kernel 5.10或者更高版本。Pixel 4.14 和4.19的kernel 也是反对的。

Android 版本最低要求是R，然而经测试R下面性能还有些问题，倡议在S上正式应用。

1.3 原理

Android依照优先级将个别的APP从高到低分为: _前台过程 –> 可感知过程–> 服务过程 –> Cached过程_。

Freezer通过冻住cached过程（如果对cached这个概念不分明，能够参考developer.android.google.cn/guide/compo… 来迫使这些过程让出CPU，以达到优化系统资源应用的目标。

1.4 框架

Framework 下层次要由两个类管制, OomAdjuster 负责计算APP的oom\_score\_adj，一旦某个APP的adj大于等于CACHED\_APP\_MIN\_ADJ，就会将冰冻该过程的工作委托给CachedAppOptimizer去解决，后者跑在独立的线程。

Android Q 开始，谷歌引入了cgroup形象层，搭配应用工作配置文件，来屏蔽底层cgroup调用细节，向上提供API。cgroup形象层编译成库libprocessgroup。形象层通过往cgroup的文件节点写入相应的值，来触发kernel的回调。

最终kernel cgroup机制的freezer管制子系统真正实现了冰冻过程的性能。

一个过程从前台运行到被冰冻的旅程

[图片上传失败…(image-187482-1648215439544)]

2 Framework 下层

2.1 代码门路及流程

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/OomAdjuster.java
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/CachedAppOptimizer.java
frameworks/base/services/core/jni/com_android_server_am_CachedAppOptimizer.cpp
frameworks/base/core/java/android/os/Process.java
frameworks/base/core/jni/android_util_Process.cpp

2.2 OomAdjuster更新过程adj的场景

 static final String OOM_ADJ_REASON_NONE = OOM_ADJ_REASON_METHOD + "_meh";
 static final String OOM_ADJ_REASON_ACTIVITY = OOM_ADJ_REASON_METHOD + "_activityChange";
 static final String OOM_ADJ_REASON_FINISH_RECEIVER = OOM_ADJ_REASON_METHOD + "_finishReceiver";
 static final String OOM_ADJ_REASON_START_RECEIVER = OOM_ADJ_REASON_METHOD + "_startReceiver";
 static final String OOM_ADJ_REASON_BIND_SERVICE = OOM_ADJ_REASON_METHOD + "_bindService";
 static final String OOM_ADJ_REASON_UNBIND_SERVICE = OOM_ADJ_REASON_METHOD + "_unbindService";
 static final String OOM_ADJ_REASON_START_SERVICE = OOM_ADJ_REASON_METHOD + "_startService";
 static final String OOM_ADJ_REASON_GET_PROVIDER = OOM_ADJ_REASON_METHOD + "_getProvider";
 static final String OOM_ADJ_REASON_REMOVE_PROVIDER = OOM_ADJ_REASON_METHOD + "_removeProvider";
 static final String OOM_ADJ_REASON_UI_VISIBILITY = OOM_ADJ_REASON_METHOD + "_uiVisibility";
 static final String OOM_ADJ_REASON_ALLOWLIST = OOM_ADJ_REASON_METHOD + "_allowlistChange";
 static final String OOM_ADJ_REASON_PROCESS_BEGIN = OOM_ADJ_REASON_METHOD + "_processBegin";
 static final String OOM_ADJ_REASON_PROCESS_END = OOM_ADJ_REASON_METHOD + "_processEnd";

通过更新起因能够看到，过程的状态变动，或者组件的状态变动会触发从新计算adj。

举例， 当一个APP解决播送时，就会触发从新计算这个APP的adj，此时的更新起因是OOM\_ADJ\_REASON\_START\_RECEIVER：

      private final void processCurBroadcastLocked(BroadcastRecord r,
              ProcessRecord app) throws RemoteException {
          ......
          r.receiver = thread.asBinder();
          r.curApp = app;
          final ProcessReceiverRecord prr = app.mReceivers;
          prr.addCurReceiver(r);
          app.mState.forceProcessStateUpTo(ActivityManager.PROCESS_STATE_RECEIVER);
          mService.updateLruProcessLocked(app, false, null);
          // Make sure the oom adj score is updated before delivering the broadcast.
          // Force an update, even if there are other pending requests, overall it still saves time,
          // because time(updateOomAdj(N apps)) <= N * time(updateOomAdj(1 app)).
          mService.enqueueOomAdjTargetLocked(app);
          mService.updateOomAdjPendingTargetsLocked(OomAdjuster.OOM_ADJ_REASON_START_RECEIVER);
          ......
      }

OomAdjuster在computeOomAdjLSP中会将该app的adj晋升至FOREGROUND\_APP\_ADJ：

     private boolean computeOomAdjLSP(ProcessRecord app, int cachedAdj,
              ProcessRecord topApp, boolean doingAll, long now, boolean cycleReEval,
              boolean computeClients) {
              ......
          } else if (state.getCachedIsReceivingBroadcast(mTmpBroadcastQueue)) {
              // An app that is currently receiving a broadcast also
              // counts as being in the foreground for OOM killer purposes.
              // It's placed in a sched group based on the nature of the
              // broadcast as reflected by which queue it's active in.
              adj = ProcessList.FOREGROUND_APP_ADJ;
              schedGroup = (mTmpBroadcastQueue.contains(mService.mFgBroadcastQueue))
                      ? ProcessList.SCHED_GROUP_DEFAULT : ProcessList.SCHED_GROUP_BACKGROUND;
              state.setAdjType("broadcast");
              procState = ActivityManager.PROCESS_STATE_RECEIVER;
              if (DEBUG_OOM_ADJ_REASON || logUid == appUid) {
                  reportOomAdjMessageLocked(TAG_OOM_ADJ, "Making broadcast: " + app);
              }
          } 
          ......

2.3 Debounce time

当某个APP过程的adj达到CACHED\_APP\_MIN\_ADJ时，CachedAppOptimizer就会调用freezeAppAsyncLSP，在debounce time之后，正式冰冻该过程， 这是为了避免过程在进入cached状态时还有工作没有实现从而间接影响用户体验。

Debounce time 在Android S 上默认是十分钟，这个值是能够在线批改的, 比方改为1秒：

adb shell device_config put activity_manager_native_boot freeze_debounce_timeout 1000

批改后的值重启会生效，变回默认值。

与异步冰冻流程相同，冻结的过程是同步进行的，一个App过程一旦被冻结胜利，它就立即恢复正常运行。

2.4 freezeProcess

第一步，查看文件锁”/proc/locks”的状态。这是为了避免冰冻过程持有文件锁引起死锁。思考到一些非凡场景下，过程在被冰冻的过程中拿住了文件锁，冰冻胜利后还会再查看一次，发现持有锁就立即冻结。

第二步，freeze binder。这一步禁掉该过程对同步binder申请的接管和解决，以及对异步binder申请的解决。该过程须要在100ms内胜利，如果过程须要解决的申请过多导致无奈实现，则再多给一轮debounce time。

第三步，setProcessFrozen，调用形象层提供的API冰冻过程。

第四步，再次查看该过程有没有须要解决的binder申请，有则冻结过程，再多给一轮debounce time。这个查看是为一些非凡场景下，过程在被冰冻的过程中产生了binder申请。

2.5 setProcessFrozen

  void android_os_Process_setProcessFrozen(
          JNIEnv *env, jobject clazz, jint pid, jint uid, jboolean freeze)
  {
      bool success = true;
  
      if (freeze) {
          success = SetProcessProfiles(uid, pid, {"Frozen"});
      } else {
          success = SetProcessProfiles(uid, pid, {"Unfrozen"});
      }
  
      if (!success) {
          signalExceptionForGroupError(env, EINVAL, pid);

调用cgroup形象层的SetProcessProfiles, 传入参数“Frozen”。

3 cgroup 两头形象层

cgroup两头形象层libprocessgroup，次要提供两个性能，其一在启动阶段，依据cgroups.json 来装载具体的cgroup； 其二依据task\_profiles.json来定义对cgroup具体的操作以及参数。 次要代码：

/system/core/libprocessgroup/

3.1 cgroups.json

示例文件：

{
  "Cgroups": [
    {
      "Controller": "cpu",
      "Path": "/dev/cpuctl",
      "Mode": "0755",
      "UID": "system",
      "GID": "system"
    },
    {
      "Controller": "memory",
      "Path": "/dev/memcg",
      "Mode": "0700",
      "Optional": true
    }
  ],
 "Cgroups2": {
   "Path": "/sys/fs/cgroup",
   "Mode": "0755",
   "UID": "system",
   "GID": "system",
   "Controllers": [
     {
       "Controller": "freezer",
       "Path": ".",
       "Mode": "0755",
       "UID": "system",
       "GID": "system"
     }
   ]
 }
}

该文件分为两局部，”Cgroups” 形容cgroup v1 的管制子系统 和”Cgroups2″ 形容cgroup v2的管制子系统。如果不理解cgroup 两个版本，能够参看以下网址：

www.kernel.org/doc/html/la… www.kernel.org/doc/html/la…

目前v1和v2是共存的， freezer所应用的是v2，对应根目录是/sys/fs/cgroup， UID和GID都是system。

启动阶段，Init在SetupCgroupAction中通过调用CgroupSetup，解析cgroups.json文件，实现对cgroup的装载。

须要留神的是，cgroups.json文件可能不止一个:

/system/core/libprocessgroup/profiles/cgroups.json              //默认文件，都有
/system/core/libprocessgroup/profiles/cgroups_<API level>.json  //API级别的文件，可能有
/vendor/xxx/cgroups.json                                        //vendor自定义的文件

这三个文件加载的程序是： 默认–> API级别 –> vendor，于是就存在一个笼罩的流程。只有前面一个文件中定义的”Controller”与后面的字符串雷同，就会笼罩前者的定义。

造成的层级构造是这样的：

Android freezer 在/sys/fs/cgroup下建设了以uid/pid命名的二级子目录，对uid节点的管制会同步利用于其上面所有的pid节点。 uid在利用装置的时候确定， pid在利用应用的时候产生。如果manifest中应用了android:process，则在以后uid目录下建设一个新的pid结尾的目录； 如果过程被动调用了fork产生子过程，则不会产生新的pid目录，而是放在父过程目录下，这就意味着父过程被冰冻的时候同目录的子过程也会被冰冻。

3.2 task\_profiles.json

示例 task\_profiles.json

 {
  "Attributes": [
     {
       "Name": "UClampLatencySensitive",
       "Controller": "cpu",
       "File": "cpu.uclamp.latency_sensitive"
     },
     {
       "Name": "FreezerState",
       "Controller": "freezer",
       "File": "cgroup.freeze"
     }
   ],
 
   "Profiles": [
     {
       "Name": "Frozen",
       "Actions": [
         {
           "Name": "SetAttribute",
           "Params":
           {
             "Name": "FreezerState",
             "Value": "1"
           }
         }
       ]
     },
     {
       "Name": "Unfrozen",
       "Actions": [
         {
           "Name": "SetAttribute",
           "Params":
           {
             "Name": "FreezerState",
             "Value": "0"
           }
         }
       ]
     },
    {
       "Name": "CpuPolicySpread",
       "Actions": [
         {
           "Name": "SetAttribute",
           "Params":
           {
             "Name": "UClampLatencySensitive",
             "Value": "1"
           }
         }
       ]
     }
   ],
 
   "AggregateProfiles": [
     {
       "Name": "SCHED_SP_BACKGROUND",
       "Profiles": [ "HighEnergySaving", "LowIoPriority", "TimerSlackHigh" ]
     }
   ]
 }

task\_profiles.json次要由三局部组成， Attributes， Profiles 和AggregateProfiles。

Attributes定义属性， 蕴含名称，管制子系统 以及接口文件。比方下面的示例文件中，定义了名称“FreezerState”的属性， 应用到的管制子系统是freezer， 接口文件是”cgroup.freeze”。

Profiles 定义操作。 一种是SetAttribute，援用后面定义的Attributes项，增加参数（Value）；一种是JoinCgroup, 蕴含管制子系统及其门路。

比方下面的示例文件中，名称“Frozen”的项，应用SetAttribute的action，援用“FreezerState” 这个attribute，参数为1，也就是往cgroup.freeze写入1，这正是2.5大节SetProcessProfiles的具体实现。

AggregateProfiles 是Profiles项的组合应用。

task\_profiles.json也可能不止一个:

/system/core/libprocessgroup/profiles/task_profiles.json
/system/core/libprocessgroup/profiles/task_profiles_<API>.json
/vendor/xxx/task_profiles.json

加载、笼罩的程序和cgroups.json相似，依照”Name”来匹配，只有两个文件中定义了同名项，后者就会笼罩前者的定义。

须要留神的是，厂商须要定制本人的cgroup 或者task profile时，应该去批改vendor上面对应的文件， 而不要去改默认的或者API对应的文件：

/vendor/xxx/cgroups.json 
/vendor/xxx/task_profiles.json

4 Kernel

从cgroup的形象层到 kernel 通过文件写入：

/sys/fs/cgroup/<UID_xxx>/<PID_xxx>/cgroup.freeze

对该文件的写入触发写回调cgroup\_freeze\_write， 通过以后的kernfs找到对应的cgroup, 将这个cgroup下的所有过程以及子过程都freeze。具体代码流程留待下一篇再述。

    {
        .name = "cgroup.freeze",
        .flags = CFTYPE_NOT_ON_ROOT,
        .seq_show = cgroup_freeze_show,
        .write = cgroup_freeze_write,
    },

5 察看冰冻过程

5.1 应用ps命令查看被冻住的过程

u0_a108 17788  1045 1347272 82528 do_freezer_trap  0 S com.android.testapp

能够看到该过程被冻住之后，处于S 睡眠态， WCHAN 是do\_freezer\_trap。

5.2 致命信号

冻住的过程能够被致命信号杀掉。这里的致命信号是指默认的信号处理函数是”terminate”或者”dump core”的信号，不能够被疏忽，也不能够从新注册处理函数。

举个例子，信号SIGSEGV是杀不掉被冻住的过程的，因为它的信号处理函数曾经被从新注册为debuggerd\_signal\_handler了。

5.3 binder 状态

向冻住的过程发送同步binder申请会立即收到错误码BR\_FROZEN\_REPLY。

过程在被冻结之前零碎会先查看该过程有无在冰冻期间收到同步binder申请(SYNC\_RECEIVED\_WHILE\_FROZEN), 有则会杀掉该过程。

     void unfreezeAppLSP(ProcessRecord app) {
         final int pid = app.getPid();
         final ProcessCachedOptimizerRecord opt = app.mOptRecord;
         ......
 
         try {
             int freezeInfo = getBinderFreezeInfo(pid);
 
             if ((freezeInfo & SYNC_RECEIVED_WHILE_FROZEN) != 0) {
                 Slog.d(TAG_AM, "pid " + pid + " " + app.processName + " "
                         + " received sync transactions while frozen, killing");
                 app.killLocked("Sync transaction while in frozen state",
                         ApplicationExitInfo.REASON_OTHER,
                         ApplicationExitInfo.SUBREASON_FREEZER_BINDER_TRANSACTION, true);
                 processKilled = true;
             }
 
             if ((freezeInfo & ASYNC_RECEIVED_WHILE_FROZEN) != 0) {
                 Slog.d(TAG_AM, "pid " + pid + " " + app.processName + " "
                         + " received async transactions while frozen");
             }
         } catch (Exception e) {
             Slog.d(TAG_AM, "Unable to query binder frozen info for pid " + pid + " "
                     + app.processName + ". Killing it. Exception: " + e);
             app.killLocked("Unable to query binder frozen stats",
                     ApplicationExitInfo.REASON_OTHER,
                     ApplicationExitInfo.SUBREASON_FREEZER_BINDER_IOCTL, true);
             processKilled = true;
         }
 
      ......
      }

冻住的过程能够接管异步binder申请，然而不会解决，只是放入binder buffer， 过多的申请会导致buffer耗尽。

6 其余

问题 1. freezer有无豁免机制？

持有INSTALL\_PACKAGES的APP不会被冰冻。一般APP不应该思考逃脱冰冻，而是应该严格遵守开发标准。

问题 2. 有无API提供给APP查问过程是否被冰冻？

目前没有。

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