基于车载信息娱乐系统的内存管理研究及优化

黄嘉桐 丁冠源 回姝 郑红丽

（1.中国第一汽车股份有限公司智能网联开发院，长春 130013；2.汽车振动噪声与安全控制综合技术国家重点实验室，长春 130013）

主题词：车载信息娱乐 内存管理 应用 频度检测 进程内存 泄漏监测

1 前言

在现代汽车工业中，汽车正在由简单的代步工具向智能终端转变。而汽车座舱作为能够直接与用户发生交互的构成部分，提升汽车座舱的智能化水平，成为现代车企不断向智能化方向发展的突破口。从汽车座舱的智能化发展来看，汽车的功能及应用场景愈发复杂，汽车座舱演化到网联化形态后，座舱功能和内容的丰富程度得到大幅提升，用户体验接近甚至开始超越智能手机，但由于车载信息娱乐的功能多样化引进，对座舱系统上运行的生态系统产生了更高的要求。Android系统因具有较好的娱乐生态基础，成为了各大主机厂车载娱乐系统的标准选择，但是用户使用中因Android设备因内存不足，容易发生卡顿现象，由此带来的用户体验差的问题也成为企业研发关注的重点。

为了解决这一问题，本文建立了一种基于车载信息娱乐系统的内存管理机制，目的是通过所述的内存管理策略和优化内存的措施，及时回收内存资源，提升设备性能。

2 系统内存资源设计

2.1 资源设计关注要素

首先，对于当前车载信息娱乐系统的开发而言，内存的选择主要依赖于车规级SOC芯片的处理能力，当前市场上的车型，内存选取多为4 G、8 G、12 G、16 G等，因此在有限的系统内存资源下，合理资源分配显得尤为重要。

车载信息娱乐系统的整体内存资源分配，主要关注以下5项要素：

（1）娱乐域搭载的应用列表；

（2）根据Android系统本身运行需要的资源，再加上系统的功能应用资源，评估剩余系统资源占用总量；

（3）各应用要素：前台内存RAM均值、前台内存RAM峰值；

（4）非前台内存RAM均值、非前台内存RAM峰值；

（5）最差场景设计，评估最差场景下的内存占用。

2.2 特殊功能设计

信息娱乐系统在进行资源分配时，除上述的关注要素外，一些特殊功能的设计同样影响整体系统资源消耗，需要关注的特殊功能设计如下：

（1）开机性能，包括Android系统非车机功能裁剪、开机服务启动顺序；

（2）LOG设计，包括Android原生LOG机制优化、LOG存储策略、LOG导出机制；

（3）应用互斥设计，主要还是根据最差场景设计，将无法共同运行的应用做互斥策略管理；

（4）应用后台管理设计，在原有Android后台管理的基础上，监控及查杀后台非必要应用；

（5）内存占用监控设计，在内存空间不足时，设计用户交互提醒，回收空间；

（6）Audio设计，包括仪表和中控侧音源管理，中控侧各子功能音源管理，根据硬件的设计以及软件需求，配置音频策略；

（7）Power设计，涉及MCU、SOC的音源管理策略，以及各个软件程序启动时序等设计。

2.3 资源分配通用原则

2.3.1 信息娱乐系统资源分配原则

信息娱乐系统的资源分配需要符合下述通用原则：

（1）安全域和娱乐域对于资源占用的分配，一般为1:3；

（2）Android侧内存，在设计预留时，最少要占用315 M。小于315 M系统会自动调用kswapd0进程来搬运内存数据到虚拟内存，导致CPU占用率升高；

（3）CPU均值在设计时，需保证单系统的占用率小于75%，确保系统流畅运行。在75%~80%会有卡顿，80%以上卡顿增多，90%以上无法运行。

2.3.2 内存管理优化设计

对于现有的车载信息娱乐系统Android端内存管理机制，大多设计人员处理方法为，当内存达到一定阈值时开始终止后台空闲进程，释放内存。但是对于低内存设备，系统内存很容易达到预定阈值，不断的回收操作过于频繁，一方面频繁的操作会导致系统内存回收不及时，影响上层应用的加载，另一方面也会导致系统的CPU资源紧张，从而加剧车载信息娱乐系统的卡顿现象，给用户带来较差的使用体验。

2.3.3 内存管理策略

基于上述分析，本章所述的技术方案基于Android车载娱乐系统制定的内存管理策略如下：

（1）车载信息娱乐系统开机时，启动组件最小化处理，移除Android原生的不使用的组件、驱动等，减少整体系统的内存使用量；

（2）对于车载信息娱乐系统内部设计，采用配制缓存回收机制。明确系统内各组件的生命周期、各组件的运行周期最小化处理。运行周期按照如下进行分类处理。

第1类：前台运行和后台运行都不释放资源；

第2类：前台运行切换后台运行后，释放部分资源；

第3类：前台运行切换到后台运行后，释放资源；

在车载信息娱乐系统设计初始，进行各个服务的用户使用频次进行调研，将强使用需求的服务及应用定义为第1类应用；对于后台运行仍需保活的应用，如音乐、导航等定义为第2类应用；对于切换到后台即不需要运行的应用，如空调等APP，定义为第3类应用。

（3）车载信息娱乐系统需配置各组件的内存回收优先级(OOM-Killer,oom_adj/oom_score_adj)，其中优先级配置在系统内存充足时，应尽量减少对用户体验和系统的影响。

（4）减少车载信息娱乐系统允许同时运行的进程数量（Android原生为32个进程），超过该数量时，系统可以直接释放进行，以保证系统的流畅运行。

（5）车载信息娱乐系统在设计时，需增加进程完全退出的接口，不重要的APP进入退出流程时，调用此接口立即释放，不需要交给系统缓存机制处理。

（6）车载信息娱乐系统增加“一次性清理内存”的机制，当剩余内存达到某个阈值时，执行一次内存清理。

（7）车载信息娱乐系统增加APP使用频度检测机制，使用频度高的APP，在退出时保留原生缓存机制，而频度不高的APP，退出时立即释放；对于不同类别应用实施不同管理策略，更加了解用户使用APP习惯，避免了为保持系统流畅性清除掉用户高频或必备应用的场景，更大维度的保持系统高效运行和提高了用户使用体验。

（8）车载信息娱乐系统的用户通常长时间专注于某个特定应用，对多任务的需求不高，因此在设计时可以考虑修改阈值，让后台进程更容易被释放。比如：把后台进程和空进程的回收阈值设高，这样两者更容易被回收，确保前台进程和可见进程有更多可用内存，而不需要临时回收消耗CPU资源。

（9）车载信息娱乐系统在设计时定时监测进程内存，中止有泄漏的进程，其中每隔30 min检测一次进程内存，满足如下2个条件之一，则判定该进程发生了内存泄漏，立即中止该进程，具体流程如图1所示。

图1 定时监测进程内存流程

条件1：某个进程的内存值超出系统设定的192 M上限(largeheap进程为512 M)；

条件2：某个进程连续多次的内存检测值，涨幅都超过设定；

除内存管理策略设计外，如章节2所述，在系统设计初始，应注意合理内存分配内存。其中针对运行在系统上的每个应用，都应该给出各个分区的内存分配限值，包含启动限值、静止限值、详细功能操作时的限值，应用应严格按照限制要求进行开发，系统需对应用的资源使用情况进行定时监测，对于使用资源异常的应用或服务，应采取强制清理机制，确保系统流畅的运行环境，避免因应用资源溢出导致的系统卡顿问题。

3 结束语

本文提出了一种基于车载信息娱乐系统的内存管理设计方案，已经成功搭载车型量产，应用在红旗车型H9、E-HS9信息娱乐系统平台，后续车型支持设计沿用。该设计可解决低内存Android设备因为内存不足，容易发生卡顿现象，解决了用户体验差的问题，用较少的硬件成本达到较高的使用性能要求，更符合消费者对座舱智能化、多样化的需求，提升用户体验，充分发挥了汽车系统的娱乐性和科技性优势。