Mach虚拟内存和OC内存管理详解

Mach虚拟内存：了解核心概念和数据结构

什么是Mach虚拟内存？

Mach虚拟内存是一种由苹果公司开发的先进虚拟内存系统，广泛应用于macOS、iOS和tvOS操作系统中。它以其多任务和多用户支持、高效的内存管理机制以及对文件映射的支持而著称。

Mach虚拟内存的特点

• 多任务和多用户支持： Mach虚拟内存允许多个任务和用户同时运行，每个实体拥有自己的隔离虚拟地址空间。
• 分页内存管理： 它使用分页内存管理，将物理内存划分成大小均等的页面（通常为4KB）。
• 需求分页： 仅在访问页面时才会将其调入内存，提高内存效率。
• 拷贝-在-写入： 修改页面时，会创建其副本，保留原始页面，防止意外覆盖。
• 虚拟内存映射： 可以将文件映射到虚拟地址空间，直接访问文件内容而无需全部加载到内存。

Mach虚拟内存的数据结构

• 页表： 将虚拟地址映射到物理地址。
• 页目录： 包含指向页表的指针，用于快速查找。
• 内核地址空间： 内核使用的虚拟地址空间。
• 用户地址空间： 用户程序使用的虚拟地址空间。

Mach内核的内存操作接口

Mach内核提供了一组接口，用于执行内存操作：

• vm_allocate： 分配虚拟内存。
• vm_deallocate： 释放虚拟内存。
• vm_read： 从虚拟内存中读取数据。
• vm_write： 向虚拟内存中写入数据。
• vm_protect： 设置虚拟内存的保护属性。

Objective-C内存分配核心函数alloc

alloc是Objective-C中用于分配内存的关键函数。其源码为：

- (id)alloc {
    Class cls = [self class];
    id obj = (id)class_createInstance(cls, 0);
    return obj;
}

iOS端内存报警机制

iOS端提供了内存报警机制，当内存使用超出特定阈值时触发。

设置内存报警：

CFNotificationCenterAddObserver(CFNotificationCenterGetDarwinNotifyCenter(), 
                               CFNotificationCenterGetDarwinNotifyCenter(), 
                               memoryWarningCallback, 
                               CFSTR("com.apple.coremedia.coremedia_client_event_system_memory_pressure_warning"), 
                               NULL);

发送内存报警：

CFNotificationCenterPostNotification(CFNotificationCenterGetDarwinNotifyCenter(), 
                                   CFSTR("com.apple.coremedia.coremedia_client_event_system_memory_pressure_warning"), 
                                   NULL, 
                                   NULL, 
                                   YES);

常见的Mach虚拟内存问题解答

1. Mach虚拟内存与传统虚拟内存有何不同？
   传统虚拟内存不支持多任务，而Mach虚拟内存提供多任务支持。

2. 为什么Mach虚拟内存使用分页？
   分页有助于优化内存使用，仅在需要时加载页面。

3. 拷贝-在-写入机制如何提高性能？
   它防止了页面在修改时相互覆盖，确保数据完整性。

4. 如何分配Mach虚拟内存？
   可以使用Mach内核接口vm_allocate()分配虚拟内存。

5. iOS端如何检测内存不足？
   可以使用CFNotificationCenter设置内存报警，并在达到特定阈值时接收通知。