iOS 内存管理（一）
iOS 内存管理（一）
一个APP使用了多少内存。这个内存是一个非常模糊的概念，因为内存一般是由几种不同部分组成的。这里我们就首先了解一下，内存一般指的是什么，都有哪些类型。
内存类型
虚拟内存和物理内存
一般系统APP的内存，都包含这样两个部分，一个是虚拟内存，一个物理内存。
物理内存
设备内部的物理内存条上的内存空间。iPhone 7和8之前的手机只有1/2G 内存，iPhone 8p-iPhone12手机一般是3、4、最近新出的iPhone13 达到6GB的内存。
如果系统要访问地址不在物理内存中时，此时发生缺页中断。需要把对应的虚拟内存映射到物理内存中再使用。
一般一个APP最多物理内存的使用率到总内存的60-70%时，就会发生OOM。
虚拟内存
是一种计算机系统的内存管理技术。虚拟内存为每个进程提供了一个独立的、私有的、连续的逻辑地址空间。
32位设备，这个地址范围是4GB，对于64位设备来说，是16EB。对于现有的苹果手机来说，基本都是64位。
通过虚拟内存，我们可以建立起逻辑地址到物理地址的映射，。
虚拟内存到物理内存的映射
每一个进程的虚拟内存都有一个逻辑地址空间，当访问的page在物理内存中，就直接执行，如果不在物理内存时，就会从虚拟内存中把对应的page调入到物理内存中。如果此时物理内存满了，不能再调入新的page了，那么就把暂时不需要的page调出到物理内存，腾出足够的内存空间，再将要访问的page置换调入到内存中，让程序得以继续执行。如果暂时腾不出需要的空间，就会发生OOM
虚拟内存的这个调入/出和置换的功能，使得物理内存得以扩充。
页式存储
分页存储管理是将一个进程的这个逻辑地址空间，也就是虚拟内存地址空间，分成多个大小相等的片，并且给各页进行编号，如第0页、第1页。。。
页面的大小一般是2的幂。如位移量是几位，页面大小就是2的几次幂
分页的地址结构就是
| 页号 | 位移量 |
|---|
页面大小合理，可以提高内存的使用效率。
相应的，物理内存空间也会分成和页面大小一致的若干个存储块，并且依次编号。为了区别期间，我们这里把虚拟内存空间的存储单元称为页及其页号。物理内存中存储单元称为块和块号。
页表
要实现逻辑地址空间到物理内存的映射，需要配置一张页表，其结构如下：
| 页号 | 存取状态 | 块号 |
|---|
段式存储
页是信息的物理单位
段是信息的逻辑单位
为了满足用户（程序员）在编程和使用上的要求，引入了段式存储。优点：
- 方便对共享和保护特定段的信息
- 可以比较方便的动态增长某个段，比如数据段的增长
- 可以动态链接某个段，比如在程序运行过程中需要调用某个段时，再将该段调入内存进行链接。
每个段都有自己的编号，并且可以起个段名字。因为每个段的长度是由其相应的逻辑信息组的长度决定的，所以每个段的段长是不同的。
段的地址结构，如下
| 段号 | 段内地址 |
|---|
段表
要实现逻辑段到物理内存的映射，需要配置一张段表寄存器和段表，其中，段表寄存器结构如下：
| 段表起始地址 | 段表长度 |
|---|
段表结构如下：
| 段号 | 存取状态 | 段长 | 段基址 |
|---|
分页和分段二者都是基于离散分配的内存分配方式，也就是说直接将内存可以分配到许多不相邻的空间分区中。离散分配的基本单位是页的话，就是分页存储方式；离散分配的单位是段的话，就是分段存储方式。
段页式存储
分段分页各有优缺点，分页可以提高内存利用率，减少内存浪费。而分段可以更好满足我们用户的需要。结合这两者，各取所长，结合而成的一种新的存储管理方式系统，就是段页式存储系统，既可以实现分段共享，便于信息保护，动态链接，也可以减少内存碎片浪费的问题。
原理
先将程序分成多个段，比如数据段、栈段、堆段，每个段都有自己的编号，并且可以起个段名字。每个段都从0开始给地址编号，并且是一段连续的地址空间。段内又分成多个页，每个页面的大小为16KB。因此在段页式存储系统中，地址结构是由段号、段内页号、以及页内地址构成的。如下图：
未命名文件 4.png
未命名文件 5.png
地址变换过程
在段页式系统中，为了便于实现虚拟内存地址到物理内存地址的变换，需要配置：
- 段表寄存器，其中存放的是段表的起始地址和段表长度TL。
- 段表：
- 页表，这个页表记录了逻辑地址空间中的所有的页（0～n），在内存中对应的物理块号。实现了页号到物理块号的地址映射。
进行地址变换的时候，
- 首先利用段号S和这个段表长度进行比较。如果S<TL，表示未越界，那么就用这个段表的起始地址和段号，求出该段所对应的段在段表中的位置，也就是这个段中的页表的起始地址；若越界，则程序中断。
- 然后利用逻辑地址中的段内页号P查找对应页的页表项位置；
- 然后再用该页所在的物理块号b和页内地址来构成物理地址；
具体过程如下图：
未命名文件 8.png
在段页式系统中，为了获得一条指令或者数据，需要三次访问内存。
第一次访问，是访问内存中的段表，从中获取页表的地址；
第二次访问是访问内存中的页表，从中获取该页所在的物理块号，并将该块号和页内地址，一起形成指令或数据的物理地址；
第三次才是真正的访问第二次访问所得的地址，取得指令或者数据。
