安卓手机的「内存扩展」是什么原理？

可以自己判断安卓手机是否需要开启“内存拓展”：在最高强度使用下，如果free命令显示的Swap用量仍不超过物理内存的一半，那应该不需要启用硬盘上的“虚拟内存”。比如下图里8G RAM手机的Swap用量不超过700M，未达到7.3G的一半，说明zram都没有用满，更用不上“虚拟内存”。那Swap是什么意思？为什么是一半？zram又是什么？请听我细细道来~

应对内存不足的办法无非开源、节流两种，前者对应“虚拟内存”（paging），后者对应内存压缩（memory compression）。

在Linux内核中，内存中的数据都已经分块成固定大小的内存分页（相应的内存管理模式也称为virtual memory，但本文的“虚拟内存”不取此义；安卓15以上要求16k的内存分页大小，而非传统的4k），这是内存数据的最小单元，就像硬盘的逻辑扇区一样。可见，如果物理内存容量不足，就可以将暂时用不着的内存分页移动至硬盘，需要时再转回物理内存。将内存分页在内存条与硬盘之间进行“交换”（Linux内核称之为Swap），这就是“虚拟内存”的工作方式。Linux内核既可以把内存分页放在一个特定的文件之中（就像Windows的C:\pagefile.sys一样），也可以将某个硬盘分区用于Swap，前者更灵活，后者更适用于机械硬盘这类不同分区速度有别的硬盘。

很多安卓手机的“内存拓展”，实际上应该就是内置存储里的分页文件，不同的“内存拓展”大小，对应的就是不同大小的分页文件（如果开启zswap内存压缩，分页文件可以更小，详见后文），可见“内存拓展”越大，可用的存储空间就越小。而且在高强度使用下，“内存拓展”的使用无疑会缩短闪存寿命，比如2021年左右曾有过关于8G内存Macbook硬盘寿命的大量讨论，这可能就与zswap虚拟内存有关。再加上内置存储的读写速度远低于RAM，“内存拓展”只是后台保活、性能、闪存寿命之间的权衡罢了。要不是很多手机不开放闪存寿命显示、要不是智能手机的快消品属性过强，用户恐怕也不会默许手机厂商默认开启“内存拓展”的行为。

除了虚拟内存之外，内存压缩也是常用技术，即把暂时用不着的内存分页进行压缩之后，重新放入物理内存之中（对应Linux内核的zram功能），或者移入硬盘中（对应Linux内核的zswap功能）。zram可以增加当前可用内存容量，zswap可以缩小写入硬盘的数据大小，提升虚拟内存性能。尽管数据压缩会带来一定的CPU性能开销，但总体而言利大于弊。

安卓4.4以上支持zram，根据使用经验，近五六年的主流安卓系统都已默认开启zram，在“设置”的“内存使用情况”页面可以看到一些应用的Z-Ram使用量。在GNU/Linux系统、以及安卓系统总中，free命令输出结果里的Swap栏所展示的总容量与使用量，是硬盘虚拟内存（无论是否开启zswap）与zram的总和，而具体的zram大小需要通过内核日志或/sys下的文件查看，这在没有root的安卓系统下是做不到的。

但实际上，由于压缩算法的压缩率有限（一般是2:1），设置太高的zram可压缩容量上限没有实际意义，因此zram的可压缩大小一般设为物理内存的一半，systemd-zram-generator、AOSP安卓12、以及AOSP安卓16都是如此，比如物理内存有8G，则系统设定为其中有4G可被压缩，此时如果没有开启硬盘虚拟内存，free -h命令输出的Swap - total就会显示为4G；其中，-h参数表示显示可读性强的容量单位（human-readable）而非默认的字节单位。

如果Swap - total大于物理内存容量的一半，既可能是系统设定的zram可压缩容量较大，也可能是系统已经开启了硬盘虚拟内存。但在同时启用zram与硬盘虚拟内存的情况下，zram的优先级一般设为更高值（优先级priority可以在内核日志中查看），所以如果在常用软件全驻后台、前台运行重量级软件这样的超高使用强度下，Swap使用量都不超过物理内存的一半，那么基本可能肯定，自己手机的物理内存容量是够用的，不需要开启硬盘虚拟内存。

P.S. 我的Moto手机即使开启“内存拓展”，Swap总容量也没有变化，只有存储占用增加，logcat显示ExtRam : Supported:true, MotoSwapSupported:true，不解……会不会只是生成特定大小的分页文件，但只有检测到内存满了才启用？这么智能的吗 😂