iOS——内存分配与分区_全局数据段

这篇文章依次介绍一下iOS中内存的分配与分区。

1、RAM ＆ ROM

• 存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。
• iOS的存储器包括RAM（random access memory，运行内存）和ROM（Read-Only Memory，只读存储器）。
• RAM：运行内存，不能掉电存储。
• ROM：存储性内存，可以掉电存储，例如内存卡、Flash。
• 由于 RAM 类型不具备掉电存储能力（即一掉电数据消失），所以 app 程序一般存放于 ROM 中。RAM 的访问速度要远高于 ROM，价格也要高。

2、App程序启动

• App 程序启动，系统会把开启的那个 App 程序从 Flash 或 ROM 里面拷贝到内存（RAM），然后从内存里面执行代码。
• 注意CPU 不能直接从内存卡里面读取指令！（需要 Flash 驱动）

3、iOS内存分区

• iOS应用在内存（RAM）中运行，不同的类型在内存处于不同分区
• 图中由进程箭头指向的代码段、全局数据段是在进程就绪状态时通过编译器装载进来的
• 堆区、栈区、内存映射区域是在进程进入执行状态(即运行时)后向CPU(处理器)申请分配
• 进程结束这些区域会随着销毁，保留区和内核区除外
• 堆和栈是可增长的，它们的增长方向相对，堆向上增长，栈向下增长
  

下面解释一下每个区域：

保留段

• 系统分配出来的一块空闲区域，用来处理紧急情况下的任务

代码段

• 储存编译完成之后的指令代码（可执行代码的二进制文件）
• 在程序编译时存入，程序结束后由系统释放
• 通常代码段是可共享的，这使得需要频繁被执行的程序只需要在内存中拥有一份拷贝即可
• 代码段也通常是只读的，这样可以防止其他程序意外地修改其指令
• 在代码段中，也有可能包含一些只读的常数变量，例如字符串常量等

常量区

• 存放常量字符串
• 常量区的内存在编译阶段完成分配，程序运行时会一直存在内存中，只有当程序结束后才会由操作系统释放
• iOS中常量区的地址空间一般以0x1开头

全局数据段（全局区/静态区）

• static修饰的变量成为静态变量，该变量内存放在全局数据段
• 由程序编译时创建，已初始化的全局变量和静态变量存放在一块区域，未初始化的全局变量和静态变量存放在另一块区域，直到程序结束才释放
• iOS中全局数据段的地址空间一般以0x1开头

未初始化数据（Block Started by Symbol）

• 简称BSS，存放程序中未初始化的全局变量、静态变量等数据
• 如int a，并未赋值的变量a就被认为是未初始化数据

已初始化数据（data segment）

• 简称DATA，存放程序中已初始化的全局变量、静态变量等数据
• 如int a = 10，NSString *strS = @"123456789"等

堆区（heap）

• 堆一般用来存储引用类型的对象数据
• 堆从低地址向高地址扩展数据，采用链表形式管理内存段：需要分配时对链表进行遍历，找到空间大于申请的节点分配给开发者，然后在链表中删除节点。找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中
• 变量使用结束后，需要由开发者根据引用计数来判断是否释放（ARC下由编译器自动添加释放命令），不释放可能引起内存泄露
• 堆区的内存是应用程序共享的，堆中的内存分配是系统负责的
• iOS中堆的地址空间一般以0x6开头，其空间总是在程序运行时动态分配
• 堆由于是运行时开辟、且内存区域是不连续的，导致容易出现内存碎片

内存映射段

• mmap文件映射和匿名映射：磁盘文件的数据映射到内存，通过修改内存就能修改磁盘文件
• 该段可以理解为用来处理有关文件映射的内容

栈区（stack）

• 存放程序临时创建的局部变量，也就是说我们函数括弧“{}” 中除了 static 定义之外的变量（static 变量存放在数据段），包括函数的参数以及隐藏参数(id self, SEL _cmd)
• 栈从高地址向低地址扩展，是一块连续的内存区域，遵循先进后出原则，一旦出了作用域就会被销毁
• 栈是系统数据结构，栈是在运行时开辟，其对应的线程或进程是唯一的
• 程序员不需要管理栈区变量的内存，由编译器自动分配释放
• iOS中栈的地址空间一般以0x7开头
• 可用于函数调用的现场保护和现场恢复
• 栈的内存大小有限制。根据苹果线程编程指南，iOS的主线程栈大小不超过1MB，OS X主线程栈最大8MB，子线程栈最大512KB。子线程在创建的时候可以更改栈的大小，子线程允许设置的最小栈大小为16 KB，并且栈大小必须为4 KB的倍数。主线程的栈大小无法修改。

内核区

• 系统内核运行的区域
• iOS的核心是XNU内核；XNU内核是一个混合内核，其核心是一个叫Mach的微内核

一般说的五大分区

• 堆区、栈区、全局区、常量区、代码区
• 一段代码看出变量在哪个区

int i = 10; //全局初始化
char *a; //全局未初始化
- (void)test {
    int b;//栈区
    NSString *str = @"123";//常量区
    static int c = 0;//全局（静态）初始化区
    NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];//堆区
}
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其它操作系统

• iOS 是基于 UNIX、Android 是基于 Linux 的，在 Linux 和 unix 系统中，内存管理的方式基本相同，Android 应用程序的内存分配也是如此
• 这些应用层的程序使用的都是虚拟内存，它们都是建立在操作系统之上的，只有开发底层驱动或板级支持包时才会接触到物理内存。在嵌入式 Linux 中，实际的物理地址只有 64M 甚至更小，但是虚拟内存却可以高达 4G

注意事项

• 当一个 app 启动后，代码区、常量区、全局区大小已固定，因此指向这些区的指针不会产生崩溃性的错误。而堆区和栈区是时时刻刻变化的（堆的创建销毁，栈的弹入弹出），所以当使用一个指针指向这两个区里面的内存时，一定要注意内存是否已经被释放，否则会产生程序崩溃（野指针报错等）。