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谷歌为什么要将Android的页面大小（Page Size）从传统的4KB升级至16KB

news 2025/8/21 20:21:05

文章目录

一、硬件演进与内存管理瓶颈
二、性能优化收益（核心优势）
三、挑战
四、总结

谷歌将Android的页面大小（Page Size）从传统的4KB升级至16KB，有啥收益？最核心的肯定是机器运行性能得到优化！

Google Play要求2025年11月1日起，面向Android 15+设备的应用必须支持16KB页，否则无法上架。https://developer.android.com/guide/practices/page-sizes?hl=zh-cn#groovy

那为什么是在今年开始要求上架的APP要适配这个要求了呢？主要是现代硬件演进已经满足需求了，不用再等了。

下面会具体讲一下，从硬件发展、性能收益、带来的挑战三个维度进行分析。

一、硬件演进与内存管理瓶颈

硬件内存容量激增
• 现代设备RAM已普及8GB~24GB（如旗舰机型），ARM64架构成为主流。

• 问题：4KB页面导致页表项（Page Table Entry）数量爆炸式增长。例如管理12GB内存需314万条页表项（4KB页），而16KB页仅需78.5万条，减少75%。

• 影响：CPU的内存管理单元（MMU）负载过重，频繁查询页表拖慢地址转换效率。
适配未来硬件架构
• ARMv9架构原生支持16KB页，新芯片（如骁龙8 Gen4）优化大页内存访问延迟。

• 苹果Silicon芯片（如A17 Pro）已采用16KB页，Android需对齐技术标准。
TLB（地址转换缓存）瓶颈
• TLB是缓存页表项的硬件组件，容量有限（通常L1 TLB仅64条）。

• 16KB页优势：单条TLB条目覆盖内存范围扩大4倍。例如64条TLB在4KB页下仅覆盖256KB，而16KB页可覆盖1MB，显著提升TLB命中率（实测平均提升15%）。

二、性能优化收益（核心优势）

加速应用启动与响应
• 页表项减少使内存映射效率提升，应用启动速度平均加快3.16%，部分应用（如游戏）提升高达30%。

• 相机冷启动速度提升6.6%，热启动提升4.48%，满足快速抓拍需求。

降低内存管理开销
• 系统内核（如kswapd内存回收线程）负载降低，减少CPU争抢：

◦ 页表遍历操作（Page Walking）频率下降，MMU功耗平均降低4.5%。

◦ OPPO实测显示：采用64KB动态大页（基于16KB架构）后，缺页异常（Page Fault）次数下降89%，指令执行数减少75.2%。

这个再展开讲一下。当系统内存吃紧时，内核的kswapd线程需频繁扫描零散小页面回收内存。
在4KB页面时：例如回收64MB内存时,需处理 16,384个 独立页面（64MB ÷ 4KB），每次回收触发CPU中断，线程切换频繁，kswapd占用CPU高达15% 。  
在16KB页面时：同等内存回收量仅需处理 4,096个 页面（64MB ÷ 16KB），扫描次数减少75%。kswapd线程负载显著降低，实测CPU占用降至5%以下，释放的CPU资源可用于应用逻辑。

减少内存碎片化
• 16KB页分配更大连续块，降低外部碎片（External Fragmentation）概率。

• 对比：4KB页频繁分配小内存易产生碎片，导致大块连续内存申请失败（需内存规整）。

这个再展开讲一下.当应用申请64KB连续内存的场景下。
在4KB页面时：系统需寻找16个连续空闲4KB页，若物理内存存在碎片（如下），分配可能失败。导致触发直接内存回收（Direct Reclaim），阻塞应用线程。  
[已占4KB][空闲4KB][已占4KB][空闲4KB]... → 无连续64KB空间在16KB页面时： 同等64KB请求仅需4个连续16KB页，连续块更易找到。碎片率降低20%+，OOM（内存不足）概率显著下降。

功耗敏感场景收益
• MMU操作耗能与页表查询次数正相关。16KB页减少查询频率，延长移动设备续航：

◦ 应用启动功耗平均降低4.56%。

◦ 后台内存回收负载下降，缓解低电量时“杀后台”问题。
温控与流畅性平衡
• 高负载场景（如游戏渲染）下，CPU因MMU负载减轻而降温，避免降频卡顿。

三、挑战

小内存分配可能浪费空间（如申请1KB内存时，16KB页会浪费15KB空间，而4KB页仅浪费3KB）。这个需要一些其他解决方案了，比如通过内存池技术优化，预分配大块内存，内部拆分为小对象复用。
要适配16KB页面大小，需重新编译原生库（.so文件），ELF对齐；另外硬编码4096的代码需修改，将其替换为动态获取页大小。这块也算是有一些工作量。