Android 15 è una scheggia: come le nuove pagine da 16KB rivoluzionano prestazioni e consumi

Android 15 è al momento la versione di Android più attuale. In un video apparso di recente nel canale YouTube ufficiale di Android Developers, sono state introdotte alcune importi novità del sistema operativo che avranno come effetto un tangibile incremento delle prestazioni delle app Android (+10%) e, allo stesso tempo, un’incisiva riduzione dei tempi di avvio (fino al 30% in meno) e dei consumi energetici (incrementando quindi l’efficienza della batteria).

Al centro di questi miglioramenti vi è l’adozione delle pagine di memoria da 16KB, una transizione che Google sta rendendo obbligatoria per le future versioni delle app pubblicate su Google Play. L’evoluzione mira a portare l’ecosistema Android in linea con le moderne architetture hardware e le pratiche di ottimizzazione già in uso in altri sistemi operativi.

Il concetto di memoria virtuale e la gestione della memoria

Per comprendere l’importanza delle pagine da 16KB, è fondamentale richiamare i principi della memoria virtuale. Tutti i sistemi operativi moderni, inclusi Windows, Linux e macOS, utilizzano la memoria virtuale per gestire l’allocazione delle risorse.

Quando un’applicazione è in esecuzione, essa rileva l’occupazione di uno spazio di indirizzi contiguo, spesso a partire dall’indirizzo zero. Tuttavia, in realtà, la sua memoria fisica può essere frammentata e distribuita in diverse posizioni all’interno della memoria RAM del dispositivo.

La Memory Management Unit (MMU), una componente hardware presente nella CPU, è responsabile della mappatura degli indirizzi di memoria virtuale utilizzati dalle applicazioni, facendo riferimento agli indirizzi di memoria fisica reali. Il sistema operativo (in questo caso, Android e il sottostate kernel Linux) programma la MMU per gestire queste traduzioni. Poiché ogni accesso alla memoria passa attraverso MMU, la sua efficienza è cruciale per le prestazioni generali del sistema.

Per accelerare il processo, MMU utilizza un componente chiamato Translation Lookaside Buffer (TLB), che agisce come una cache. TLB memorizza le traduzioni degli indirizzi più comuni, consentendo un accesso diretto alla memoria fisica senza dover interrogare ogni volta MMU per ogni singolo indirizzo.

Tradizionalmente, Linux ha utilizzato pagine di memoria da 4KB: significa che i blocchi di memoria allocati da un’applicazione, sia in termini virtuali che fisici, sono gestiti in “pezzi” da 4KB. Seppur storicamente giustificato, l’approccio presenta delle inefficienze con l’aumento delle dimensioni della memoria fisica e delle esigenze prestazionali delle applicazioni moderne.

Il salto a 16KB: Vantaggi e Implicazioni Tecniche

La possibilità di passare a dimensioni di pagina maggiori è intrinseca all’architettura dei processori. I processori basati su architettura ARM64 hanno la flessibilità di utilizzare pagine da 16KB o persino 64KB. Google ha sfruttato questa capacità abilitando le pagine da 16KB in Android 15, a condizione che l’OEM (produttore del telefono) lo supporti.

I vantaggi di questa transizione sono molteplici e significativi:

• Minori interrogazioni MMU/TLB: Con pagine da 4KB, per gestire un blocco di 16KB, erano necessarie quattro interrogazioni al TLB e potenzialmente alla MMU. Con pagine da 16KB, un blocco di memoria equivalente richiede una sola interrogazione. Questo riduce il sovraccarico di traduzione degli indirizzi, liberando cicli della CPU e migliorando la reattività.
• Miglioramento delle prestazioni e dei tempi di avvio: La riduzione delle operazioni di gestione della memoria si traduce in un aumento delle prestazioni delle app fino al 10% e una diminuzione dei tempi di avvio delle app fino al 30%.
• Efficienza energetica: Meno accessi al TLB e alla MMU implicano anche un risparmio energetico di quasi il 5%, contribuendo a prolungare la durata della batteria dei dispositivi.
• Gestione di blocchi contigui più grandi: L’uso di pagine di memoria più grandi consente al sistema di allocare e gestire più efficacemente blocchi di memoria contigui, ottimizzando l’accesso ai dati.

Esiste però un piccolo svantaggio ben noto: se un’applicazione richiede una quantità di memoria leggermente superiore a un multiplo di 4KB ma inferiore a un multiplo di 16KB (ad esempio, 7KB), l’allocazione di una pagina da 16KB comporterebbe uno spreco maggiore rispetto a due pagine da 4KB. Tuttavia, in un contesto di dispositivi con grandi quantità di memoria fisica, questo spreco è considerato trascurabile rispetto ai benefici complessivi in termini di prestazioni ed efficienza energetica.

Impatto sugli sviluppatori di App

Il passaggio alle pagine da 16KB non è facoltativo. A partire dal 1° novembre 2025, tutte le nuove applicazioni e gli aggiornamenti di app esistenti inviati sullo store Google Play che hanno come target Android 15 o versioni successive, devono supportare le pagine da 16KB.

Per gli sviluppatori, l’impatto varia a seconda del linguaggio e dell’architettura del codice.

Nel caso di app scritte puramente in Java o Kotlin, non sono necessarie modifiche. La macchina virtuale Java e le librerie di Google gestiscono automaticamente l’allineamento e l’allocazione della memoria.

Se, viceversa, un’applicazione include codice nativo, come quello scritto in C o C++ e compilato per ARM64, potrebbero essere necessari degli aggiustamenti. Storicamente, alcune porzioni di codice di basso livello potrebbero aver assunto che la memoria fosse allineata sui 4KB, basandosi su questa dimensione per calcoli di offset e salti. Con il passaggio a 16KB, la disposizione della memoria potrebbe differire da quanto previsto dal codice legacy, portando potenzialmente a crash o comportamenti imprevisti.

Soluzioni e retrocompatibilità

Gli sviluppatori Android devono assicurarsi di utilizzare le ultime librerie, comprese quelle di terze parti, e le ultime toolchain di compilazione. Queste versioni aggiornate sono progettate per gestire correttamente l’allineamento sui 16KB.

Un vantaggio significativo è che il codice allineato sui 16KB sarà automaticamente allineato anche sui 4KB, poiché 16 è un multiplo di 4. Ciò significa che non è necessario mantenere build separate per dispositivi che utilizzano 4KB e 16KB.

Google ha fornito una documentazione dettagliata su come testare l’allineamento a 16KB, anche tramite emulatori, per aiutare gli sviluppatori in questa transizione.

Un passo verso l’armonizzazione dell’ecosistema

L’adozione delle pagine da 16KB in Android non è un concetto isolato. Questo tipo di ottimizzazione è già in atto in altri sistemi e dispositivi ad alte prestazioni:

• Raspberry Pi 5: Utilizza pagine da 16KB.
• Apple Mac con Apple Silicon: Anche questi sistemi operativi e processori si avvalgono di pagine da 16KB.

Questo dimostra che Google sta introducendo in Android le migliori pratiche del settore, capitalizzando sulle capacità hardware dei processori ARM64 per offrire un’esperienza utente notevolmente migliorata.

In definitiva, quindi, il passaggio alle pagine di memoria da 16KB con Android 15 rappresenta un’innovazione tecnica di basso livello con ripercussioni tangibili per gli utenti finali in termini di velocità, reattività e autonomia della batteria. Per gli sviluppatori, la novità richiede attenzione al codice nativo e un aggiornamento delle dipendenze, ma il risultato finale è un ecosistema Android più efficiente e performante.