基于車載信息娛樂系統的內存管理研究及優化

黃嘉桐 丁冠源 回姝 鄭紅麗

（1.中國第一汽車股份有限公司智能網聯開發院，長春 130013；2.汽車振動噪聲與安全控制綜合技術國家重點實驗室，長春 130013）

主題詞：車載信息娛樂 內存管理 應用 頻度檢測 進程內存 泄漏監測

1 前言

在現代汽車工業中，汽車正在由簡單的代步工具向智能終端轉變。而汽車座艙作為能夠直接與用戶發生交互的構成部分，提升汽車座艙的智能化水平，成為現代車企不斷向智能化方向發展的突破口。從汽車座艙的智能化發展來看，汽車的功能及應用場景愈發復雜，汽車座艙演化到網聯化形態后，座艙功能和內容的豐富程度得到大幅提升，用戶體驗接近甚至開始超越智能手機，但由于車載信息娛樂的功能多樣化引進，對座艙系統上運行的生態系統產生了更高的要求。Android系統因具有較好的娛樂生態基礎，成為了各大主機廠車載娛樂系統的標準選擇，但是用戶使用中因Android設備因內存不足，容易發生卡頓現象，由此帶來的用戶體驗差的問題也成為企業研發關注的重點。

為了解決這一問題，本文建立了一種基于車載信息娛樂系統的內存管理機制，目的是通過所述的內存管理策略和優化內存的措施，及時回收內存資源，提升設備性能。

2 系統內存資源設計

2.1 資源設計關注要素

首先，對于當前車載信息娛樂系統的開發而言，內存的選擇主要依賴于車規級SOC芯片的處理能力，當前市場上的車型，內存選取多為4 G、8 G、12 G、16 G等，因此在有限的系統內存資源下，合理資源分配顯得尤為重要。

車載信息娛樂系統的整體內存資源分配，主要關注以下5項要素：

（1）娛樂域搭載的應用列表；

（2）根據Android系統本身運行需要的資源，再加上系統的功能應用資源，評估剩余系統資源占用總量；

（3）各應用要素：前臺內存RAM均值、前臺內存RAM峰值；

（4）非前臺內存RAM均值、非前臺內存RAM峰值；

（5）最差場景設計，評估最差場景下的內存占用。

2.2 特殊功能設計

信息娛樂系統在進行資源分配時，除上述的關注要素外，一些特殊功能的設計同樣影響整體系統資源消耗，需要關注的特殊功能設計如下：

（1）開機性能，包括Android系統非車機功能裁剪、開機服務啟動順序；

（2）LOG設計，包括Android原生LOG機制優化、LOG存儲策略、LOG導出機制；

（3）應用互斥設計，主要還是根據最差場景設計，將無法共同運行的應用做互斥策略管理；

（4）應用后臺管理設計，在原有Android后臺管理的基礎上，監控及查殺后臺非必要應用；

（5）內存占用監控設計，在內存空間不足時，設計用戶交互提醒，回收空間；

（6）Audio設計，包括儀表和中控側音源管理，中控側各子功能音源管理，根據硬件的設計以及軟件需求，配置音頻策略；

（7）Power設計，涉及MCU、SOC的音源管理策略，以及各個軟件程序啟動時序等設計。

2.3 資源分配通用原則

2.3.1 信息娛樂系統資源分配原則

信息娛樂系統的資源分配需要符合下述通用原則：

（1）安全域和娛樂域對于資源占用的分配，一般為1:3；

（2）Android側內存，在設計預留時，最少要占用315 M。小于315 M系統會自動調用kswapd0進程來搬運內存數據到虛擬內存，導致CPU占用率升高；

（3）CPU均值在設計時，需保證單系統的占用率小于75%，確保系統流暢運行。在75%~80%會有卡頓，80%以上卡頓增多，90%以上無法運行。

2.3.2 內存管理優化設計

對于現有的車載信息娛樂系統Android端內存管理機制，大多設計人員處理方法為，當內存達到一定閾值時開始終止后臺空閑進程，釋放內存。但是對于低內存設備，系統內存很容易達到預定閾值，不斷的回收操作過于頻繁，一方面頻繁的操作會導致系統內存回收不及時，影響上層應用的加載，另一方面也會導致系統的CPU資源緊張，從而加劇車載信息娛樂系統的卡頓現象，給用戶帶來較差的使用體驗。

2.3.3 內存管理策略

基于上述分析，本章所述的技術方案基于Android車載娛樂系統制定的內存管理策略如下：

（1）車載信息娛樂系統開機時，啟動組件最小化處理，移除Android原生的不使用的組件、驅動等，減少整體系統的內存使用量；

（2）對于車載信息娛樂系統內部設計，采用配制緩存回收機制。明確系統內各組件的生命周期、各組件的運行周期最小化處理。運行周期按照如下進行分類處理。

第1類：前臺運行和后臺運行都不釋放資源；

第2類：前臺運行切換后臺運行后，釋放部分資源；

第3類：前臺運行切換到后臺運行后，釋放資源；

在車載信息娛樂系統設計初始，進行各個服務的用戶使用頻次進行調研，將強使用需求的服務及應用定義為第1類應用；對于后臺運行仍需保活的應用，如音樂、導航等定義為第2類應用；對于切換到后臺即不需要運行的應用，如空調等APP，定義為第3類應用。

（3）車載信息娛樂系統需配置各組件的內存回收優先級(OOM-Killer,oom_adj/oom_score_adj)，其中優先級配置在系統內存充足時，應盡量減少對用戶體驗和系統的影響。

（4）減少車載信息娛樂系統允許同時運行的進程數量（Android原生為32個進程），超過該數量時，系統可以直接釋放進行，以保證系統的流暢運行。

（5）車載信息娛樂系統在設計時，需增加進程完全退出的接口，不重要的APP進入退出流程時，調用此接口立即釋放，不需要交給系統緩存機制處理。

（6）車載信息娛樂系統增加“一次性清理內存”的機制，當剩余內存達到某個閾值時，執行一次內存清理。

（7）車載信息娛樂系統增加APP使用頻度檢測機制，使用頻度高的APP，在退出時保留原生緩存機制，而頻度不高的APP，退出時立即釋放；對于不同類別應用實施不同管理策略，更加了解用戶使用APP習慣，避免了為保持系統流暢性清除掉用戶高頻或必備應用的場景，更大維度的保持系統高效運行和提高了用戶使用體驗。

（8）車載信息娛樂系統的用戶通常長時間專注于某個特定應用，對多任務的需求不高，因此在設計時可以考慮修改閾值，讓后臺進程更容易被釋放。比如：把后臺進程和空進程的回收閾值設高，這樣兩者更容易被回收，確保前臺進程和可見進程有更多可用內存，而不需要臨時回收消耗CPU資源。

（9）車載信息娛樂系統在設計時定時監測進程內存，中止有泄漏的進程，其中每隔30 min檢測一次進程內存，滿足如下2個條件之一，則判定該進程發生了內存泄漏，立即中止該進程，具體流程如圖1所示。

圖1 定時監測進程內存流程

條件1：某個進程的內存值超出系統設定的192 M上限(largeheap進程為512 M)；

條件2：某個進程連續多次的內存檢測值，漲幅都超過設定；

除內存管理策略設計外，如章節2所述，在系統設計初始，應注意合理內存分配內存。其中針對運行在系統上的每個應用，都應該給出各個分區的內存分配限值，包含啟動限值、靜止限值、詳細功能操作時的限值，應用應嚴格按照限制要求進行開發，系統需對應用的資源使用情況進行定時監測，對于使用資源異常的應用或服務，應采取強制清理機制，確保系統流暢的運行環境，避免因應用資源溢出導致的系統卡頓問題。

3 結束語

本文提出了一種基于車載信息娛樂系統的內存管理設計方案，已經成功搭載車型量產，應用在紅旗車型H9、E-HS9信息娛樂系統平臺，后續車型支持設計沿用。該設計可解決低內存Android設備因為內存不足，容易發生卡頓現象，解決了用戶體驗差的問題，用較少的硬件成本達到較高的使用性能要求，更符合消費者對座艙智能化、多樣化的需求，提升用戶體驗，充分發揮了汽車系統的娛樂性和科技性優勢。