iOS底层系统：虚拟内存

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1、什么是虚拟内存

1.申请内存

当咱们向系统申请内存时，系统并不会直接返回物理内存的地址，而是返回一个虚拟内存地址。从系统角度来讲，每个进程都有相同大小的虚拟内存空间。
只有当进程开始使用申请到的虚拟内存时，系统才会将虚拟地址映射到物理地址上，从而让程序使用真实的物理内存。

2.内存不够怎么办？

当A进程占用了大部份内存，此时B进程须要内存时发现内存不足，系统则会通知App，让App清理内存，既咱们熟知的Memory Warning。

3.虚拟内存的缺点

虚拟内存也有一样的缺点：硬盘的容量比内存大，但也只是相对的，速度却很是缓慢，若是和硬盘之间的数据交换过于频繁，处理速度就会降低，表面上看起来就像卡住了同样，这种现象称为抖动（Thrushing）。相信不少人都有过计算机中止响应的经历，而形成死机的主要缘由之一就是抖动。

2、内存分页

iOS系统会对虚拟内存和物理内存进行分页，虚拟内存到物理内存的映射都是以页为最小粒度的。

1.什么是分页

1.1 分页的核心

将虚拟内存空间和物理内存空间皆划分为大小相同的页面，如4kb、8kb或16kb等。并以页面做为内存空间的最小单位，一个程序的一个页面能够存放在任意一个物理页面里。

1.2 分页解决了什么问题

• 解决空间浪费碎片化问题：因为将虚拟内存空间和物理内存空间按照某种规定的大小进行分配，这里咱们称之为页（Page），而后按照页进行内存分配，也就克服了外部碎片的问题。
• 解决程序大小受限问题：将当前须要的页面放在内存里，其余暂时不用的页面放在磁盘上，这样一个程序同时占用内存和磁盘，其增加空间就大大增长了。

1.3 内存分页的状态

系统将内存页分为三个状态：
（1）活跃的内存页（active page）：内存页已经被映射到物理内存中，并且近期被访问过，处于活跃状态。
（2）非活跃的内存页（inactive page）：内存页已经被映射到物理内存中，可是近期没有被访问过。
（3）可用的内存页（free page）：没有关联到虚拟内存页的物理内存页集合。

当可用的内存页下降到必定的阀值时，系统就会采起低内存应对措施，在OSX中，系统会将非活跃内存页交换到硬盘上，而在iOS中，则会触发Memory Warning，若是你的App没有处理低内存警告而且还在后台占用太多内存，则有可能被杀掉。

1.4 页表

页表的功能是提供虚拟页面到物理页面的映射。
页表的记录条数与虚拟页面数相同。此外，内存管理单元依赖于页表来进行一切与页面有关的管理活动，这些活动包括判断某一页面号是否在内存里，页面是否受到保护，页面是否非法空间等等。
因为页表的特殊地位，决定了它是由硬件直接提供支持，即页表是一个硬件数据结构。

3、VMObject

为了更好的管理内存页，系统将一组连续的内存页关联到一个VMObject上。
VMObject主要包含如下属性：

• Resident pages - 已经被映射到物理内存的虚拟内存页列表
• Size - 全部内存页所占区域的大小
• Pager - 用来处理内存页在硬盘和物理内存中交换问题
• Attributes - 这块内存区域的属性，好比读写的权限控制
• Shadow - 用做（copy-on-write）写时拷贝的优化
• Copy - 用做（copy-on-write）写时拷贝的优化

4、虚拟内存和堆（heap）

堆区会被划分红不少不一样的VM Region，不一样类型的内存分配根据需求进入不一样的VM Region。

5、malloc和calloc

OC中，除了使用NSObject的alloc分配内存外，还可使用c的函数malloc进行内存分配。malloc的内存分配固然也是先分配虚拟内存，而后使用的时候再映射到物理内存，不过malloc有一个缺陷，必须配合memset将内存区中全部的值设置为0。这样就致使了一个问题，malloc出一块内存区域时，系统并无分配物理内存。然而，调用memset后，系统将会把malloc出的全部虚拟内存关联到物理内存上，由于你访问了全部内存区域。

为了解决这个问题，苹果官方推荐使用calloc代替malloc，calloc返回的内存区域会自动清零，并且只有使用时才会关联到物理内存并清零。

主要区别

calloc和malloc 主要的区别在于前者在返回内存的指针以前将它初始化为0，另外它们请求数量的方式不一样。calloc的参数包括所需元素的数量和每一个元素的字节，根据这些值能够计算出总共须要分配的内存空间（num_elements*element_size）个字节。