一、什么是虚拟内存

1.申请内存

当我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。从系统角度来说，每一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进程占用了大部分内存，此时B进程需要内存时发现内存不足，系统则会通知App，让App清理内存，既我们熟知的Memory Warning。

3.虚拟内存的缺点

虚拟内存也有同样的缺点：硬盘的容量比内存大，但也只是相对的，速度却非常缓慢，如果和硬盘之间的数据交换过于频繁，处理速度就会下降，表面上看起来就像卡住了一样，这种现象称为抖动（Thrushing）。相信很多人都有过计算机停止响应的经历，而造成死机的主要原因之一就是抖动。

二、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。并以页面作为内存空间的最小单位，一个程序的一个页面可以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：由于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，这里我们称之为页（Page），然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：将当前需要的页面放在内存里，其他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，其增长空间就大大增加了。
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，而且近期被访问过，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，但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。

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。
由于页表的特殊地位，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。

三、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主要包含以下属性：

  • 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

四、虚拟内存和堆（heap）

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。

五、malloc和calloc

OC中，除了使用NSObject的alloc分配内存外，还可以使用c的函数malloc进行内存分配。malloc的内存分配当然也是先分配虚拟内存，然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将内存区中所有的值设置为0。这样就导致了一个问题，malloc出一块内存区域时，系统并没有分配物理内存。然而，调用memset后，系统将会把malloc出的所有虚拟内存关联到物理内存上，因为你访问了所有内存区域。

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，而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之前将它初始化为0，另外它们请求数量的方式不同。calloc的参数包括所需元素的数量和每个元素的字节，根据这些值可以计算出总共需要分配的内存空间（num_elements*element_size）个字节。