iOS底層系統：虛擬內存

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1、什麼是虛擬內存

1.申請內存

當咱們向系統申請內存時，系統並不會直接返回物理內存的地址，而是返回一個虛擬內存地址。從系統角度來講，每個進程都有相同大小的虛擬內存空間。
只有當進程開始使用申請到的虛擬內存時，系統纔會將虛擬地址映射到物理地址上，從而讓程序使用真實的物理內存。

2.內存不夠怎麼辦？

當A進程佔用了大部份內存，此時B進程須要內存時發現內存不足，系統則會通知App，讓App清理內存，既咱們熟知的Memory Warning。

3.虛擬內存的缺點

虛擬內存也有一樣的缺點：硬盤的容量比內存大，但也只是相對的，速度卻很是緩慢，若是和硬盤之間的數據交換過於頻繁，處理速度就會降低，表面上看起來就像卡住了同樣，這種現象稱爲抖動（Thrushing）。相信不少人都有過計算機中止響應的經歷，而形成死機的主要緣由之一就是抖動。

2、內存分頁

iOS系統會對虛擬內存和物理內存進行分頁，虛擬內存到物理內存的映射都是以頁爲最小粒度的。

1.什麼是分頁

1.1 分頁的核心

將虛擬內存空間和物理內存空間皆劃分爲大小相同的頁面，如4kb、8kb或16kb等。並以頁面做爲內存空間的最小單位，一個程序的一個頁面能夠存放在任意一個物理頁面裏。

1.2 分頁解決了什麼問題

• 解決空間浪費碎片化問題：因爲將虛擬內存空間和物理內存空間按照某種規定的大小進行分配，這裏咱們稱之爲頁（Page），而後按照頁進行內存分配，也就克服了外部碎片的問題。
• 解決程序大小受限問題：將當前須要的頁面放在內存裏，其餘暫時不用的頁面放在磁盤上，這樣一個程序同時佔用內存和磁盤，其增加空間就大大增長了。

1.3 內存分頁的狀態

系統將內存頁分爲三個狀態：
（1）活躍的內存頁（active page）：內存頁已經被映射到物理內存中，並且近期被訪問過，處於活躍狀態。
（2）非活躍的內存頁（inactive page）：內存頁已經被映射到物理內存中，可是近期沒有被訪問過。
（3）可用的內存頁（free page）：沒有關聯到虛擬內存頁的物理內存頁集合。

當可用的內存頁下降到必定的閥值時，系統就會採起低內存應對措施，在OSX中，系統會將非活躍內存頁交換到硬盤上，而在iOS中，則會觸發Memory Warning，若是你的App沒有處理低內存警告而且還在後臺佔用太多內存，則有可能被殺掉。

1.4 頁表

頁表的功能是提供虛擬頁面到物理頁面的映射。
頁表的記錄條數與虛擬頁面數相同。此外，內存管理單元依賴於頁表來進行一切與頁面有關的管理活動，這些活動包括判斷某一頁面號是否在內存裏，頁面是否受到保護，頁面是否非法空間等等。
因爲頁表的特殊地位，決定了它是由硬件直接提供支持，即頁表是一個硬件數據結構。

3、VMObject

爲了更好的管理內存頁，系統將一組連續的內存頁關聯到一個VMObject上。
VMObject主要包含如下屬性：

• Resident pages - 已經被映射到物理內存的虛擬內存頁列表
• Size - 全部內存頁所佔區域的大小
• Pager - 用來處理內存頁在硬盤和物理內存中交換問題
• Attributes - 這塊內存區域的屬性，好比讀寫的權限控制
• Shadow - 用做（copy-on-write）寫時拷貝的優化
• Copy - 用做（copy-on-write）寫時拷貝的優化

4、虛擬內存和堆（heap）

堆區會被劃分紅不少不一樣的VM Region，不一樣類型的內存分配根據需求進入不一樣的VM Region。

5、malloc和calloc

OC中，除了使用NSObject的alloc分配內存外，還可使用c的函數malloc進行內存分配。malloc的內存分配固然也是先分配虛擬內存，而後使用的時候再映射到物理內存，不過malloc有一個缺陷，必須配合memset將內存區中全部的值設置爲0。這樣就致使了一個問題，malloc出一塊內存區域時，系統並無分配物理內存。然而，調用memset後，系統將會把malloc出的全部虛擬內存關聯到物理內存上，由於你訪問了全部內存區域。

爲了解決這個問題，蘋果官方推薦使用calloc代替malloc，calloc返回的內存區域會自動清零，並且只有使用時纔會關聯到物理內存並清零。

主要區別

calloc和malloc 主要的區別在於前者在返回內存的指針以前將它初始化爲0，另外它們請求數量的方式不一樣。calloc的參數包括所需元素的數量和每一個元素的字節，根據這些值能夠計算出總共須要分配的內存空間（num_elements*element_size）個字節。