iOS虚拟内存

虚拟内存简介

什么是VM Regions呢？要知道这个首先要了解什么是虚拟内存。当我们向系统申请内存时，系统并不会给你返回物理内存的地址，而是给你一个虚拟内存地址。每个进程都拥有相同大小的虚拟地址空间，对于32位的进程，可以拥有4GB的虚拟内存，64位进程则更多，可达18EB。只有我们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。

内存分页

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。在OSX和早期的iOS系统中，物理和虚拟内存都按照4KB的大小进行分页。iOS近期的系统中，基于A7和A8处理器的系统，物理内存按照4KB分页，虚拟内存按照16KB分页。基于A9处理器的系统，物理和虚拟内存都是以16KB进行分页。系统将内存页分为三种状态。

活跃内存页（active pages）- 这种内存页已经被映射到物理内存中，而且近期被访问过，处于活跃状态。
非活跃内存页（inactive pages）- 这种内存页已经被映射到物理内存中，但是近期没有被访问过。
可用的内存页（free pages）- 没有关联到虚拟内存页的物理内存页集合。
当可用的内存页降低到一定的阀值时，系统就会采取低内存应对措施，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，如果你的App没有处理低内存警告并且还在后台占用太多内存，则有可能被杀掉。

VM Region

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主要包含下面的属性。
Resident pages - 已经被映射到物理内存的虚拟内存页列表
Size - 所有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，比如读写的权限控制
Shadow - 用作（copy-on-write）写时拷贝的优化
Copy - 用作（copy-on-write）写时拷贝的优化
我们在Instruments的Anonymous VM里看到的每条记录都是一个VMObject或者也可以称之为VM Region

堆（heap）和 VM Region

Instruments中有一个VM Track模版，可以帮助我们清楚的了解heap和VM Region的关系
运行Profile，选择Allocation模版，进入后再添加VM Track模版

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下面是我自己写的一个测试用的工程，选择Regions Map选项可以看到内存分配的详细信息

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我们在VM Track中可以看到，一个VM Region有4种size。
Dirty Size
Swapped Size
Resident Size
Virtual Size
Virtual Size顾名思义，就是虚拟内存大小，将一个VM Region的结束地址减去起始地址就是这个值。Resident Size指的是实际使用物理内存的大小。Swapped Size则是交换到硬盘上的大小，仅OSX可用。Dirty Size根据官方的解释我的理解是如果一个内存页想要被复用，必须将内容写到硬盘上的话，这个内存页就是Dirty的。下面是官方对Dirty Size的解释。secondary storage可以理解为硬盘。
The amount of memory currently being used that must be written to secondary storage before being reused.
所以一般来说app运行过程中在堆上动态分配的内存页都是Dirty的，加载动态库或者文件内存映射产生的内存页则是非Dirty的

点击Address Range列的箭头可以看到更详细的内容，这里进入的是SMALL类型的

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总的来说，堆区会被划分成很多不同的VM Region，不同类型的内存分配根据需求进入不同的VM Region。除了MALLOC_LARGE和MALLOC_SMALL外，还有MALLOC_TINY， MALLOC metadata等等

VM Tracker列属性解析

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% of Res， 当前Type的VM Regions总Resident Size占比
Type，VM Regions的Type，All和Dirty算是统计性质的Type，__TEXT表示代码段的内存映射，__DATA表示数据段的内存映射。MALLOC_TINY，MALLOC_LARGE，CG Image等Type可以从VM Region的Extend Info中读取出来
# Regs，当前Type的VM Region总数
Path，VM Region是从哪个文件映射过来，因为有些类似于__DATA和mapped file的内存块是从文件直接映射过来的。
Resident Size，使用的物理内存量。
Dirty Size，使用中的物理内存块如果不交换到硬盘保存状态就不能复用，那么就是Dirty的内存块，比如你主动malloc出来的内存块，如果不保留其中的状态就把它给别人用，那你肯定就无法恢复这个内存块的信息，所以它是Dirty的。如果是一个映射到内存的文件，就算使用它的内存块，还是可以重新从磁盘载入文件到内存的，所以是非Dirty的，比如最上面图中的mapped file那一行，你可以看到Dirty Size是0。
Swapped Size, 在OSX中，不活跃的内存页可以被交换到硬盘，这是被交换的大小。在iOS中，只有非Dirty的内存页可以被交换，或者说是被卸载。
Virtual Size，VM Regions所占虚拟内存的大小
Res. %，Resident Size在Virtual Size中的占比

参考：

https://www.jianshu.com/p/553f34b03624
https://www.jianshu.com/p/f82e2b378455
https://developer.apple.com/library/archive/documentation/Performance/Conceptual/ManagingMemory/Articles/AboutMemory.html