iOS-24.内存五大区

pjx_wang
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ios底层文章汇总

存储空间分为：RAM与ROM。

RAM(random access memory)：运行内存，CPU可以直接访问，读写速度快，但是不能掉电存储。它又分为：

  • 动态DRAM，速度慢一点，需要定期的刷新(充电)，常说的内存条就是指它，价格会稍低一点，手机中的运行内存也是指它。
  • 静态SRAM，速度快，我们常说的一级缓存，二级缓存就是指它，价格高一点。

ROM(read only memory)：存储性内存，可以掉电存储，eg:SD卡、Flash(机械磁盘也可以简单的理解为ROM)。用的多的：NandFlash(空间大，便宜)，还有NorFlash(直接运行程序，读取速度快)。

由于RAM类型不具备掉电存储能力（即一停止供电数据全没了，从新上电后全是乱码，所以需要初始化），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。

由于RAM不能掉电存储，所以我们的APP程序，刷机包，下载的文件等等，都是在ROM里面存储的。

手机里面使用的ROM基本都是NandFlash，CPU是不能直接访问的，而是需要文件系统/驱动程序(嵌入式中的EMC)将其读到RAM里CPU才可以访问。

内存(RAM)划分区域

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栈区（Stack）

定义

  • 栈是向低地址扩展、
  • 栈是一块连续的内存区域，遵循先进后出（FILO）原则
  • 栈的地址空间在iOS中是以0X7开头
  • 栈区一般在运行时分配

存储

栈区是由编译器自动分配并释放的，主要用来存储

  • 局部变量
  • 函数的参数，eg：函数的隐藏参数（id self，SEL _cmd）

特点

  • 优点：因为栈是由编译器自动分配并释放的，不会产生内存碎片，所以快速高效

  • 缺点：栈的内存大小有限制，数据不灵活

    • iOS主线程栈大小是1MB
    • 其他线程是512KB
    • MAC只有8M

以上内存大小的说明，在Threading Programming Guide中有相关说明

image.png

堆区（Heap）

定义

  • 堆是向高地址扩展
  • 堆是不连续的内存区域，类似于链表结构（便于增删，不便于查询），遵循先进先出（FIFO）原则
  • 堆的地址空间在iOS中是以0x6开头，其空间的分配总是动态的
  • 堆区的分配一般是在运行时分配

存储

堆区是由程序员动态分配和释放的，如果程序员不释放，程序结束后，可能由操作系统回收，主要用于存放

  • OC中使用alloc或者 使用new开辟空间创建对象
  • C语言中使用malloc、calloc、realloc分配的空间，需要free释放

特点

  • 优点：灵活方便，数据适应面广泛
  • 缺点：需手动管理，速度慢、容易产生内存碎片

访问堆中内存时，一般需要先通过对象读取到栈区的指针地址，然后通过指针地址访问堆区

全局区（静态区，即.bss & .data）

全局区是编译时分配的内存空间，在iOS中一般以0x1开头，在程序运行过程中，此内存中的数据一直存在，程序结束后由系统释放，主要存放

  • 未初始化的全局变量和静态变量，即BSS区（.bss）
  • 已初始化的全局变量和静态变量，即数据区（.data）

其中，全局变量是指变量值可以在运行时被动态修改，而静态变量是static修饰的变量，包含静态局部变量和静态全局变量

常量区（即.rodata）

常量区是编译时分配的内存空间，在程序结束后由系统释放，主要存放

  • 已经使用了的，且没有指向的字符串常量

字符串常量因为可能在程序中被多次使用，所以在程序运行之前就会提前分配内存

代码区（即.text）

代码区是编译时分配主要用于存放程序运行时的代码,代码会被编译成二进制存进内存的

地址以0x1开头，说明是存放在常量区 地址以0x6开头，说明是存放在堆区 地址以0x7开头，说明是存放在栈区

函数栈

  • 函数栈又称为栈区，在内存中从高地址往低地址分配，与堆区相对，具体图示请查看文章最开始的图示
  • 栈帧是指函数（运行中且未完成）占用的一块独立的连续内存区域
  • 应用中新创建的每个线程都有专用的栈空间，栈可以在线程期间自由使用。而线程中有千千万万的函数调用，这些函数共享进程的这个栈空间。每个函数所使用的栈空间是一个栈帧，所有的栈帧就组成了这个线程完整的栈`
  • 函数调用是发生在栈上的，每个函数的相关信息（例如局部变量、调用记录等）都存储在一个栈帧中，每执行一次函数调用，就会生成一个与其相关的栈帧，然后将其栈帧压入函数栈，而当函数执行结束，则将此函数对应的栈帧出栈并释放掉

如下图所示，是经典图 - ARM的栈帧布局方式

image.png

ARM的栈帧布局方式

  • 其中main stack frame为调用函数的栈帧
  • func1 stack frame为当前函数(被调用者)的栈帧
  • 栈底在高地址，栈向下增长。
  • FP就是栈基址，它指向函数的栈帧起始地址
  • SP则是函数的栈指针，它指向栈顶的位置。
  • ARM压栈的顺序很是规矩(也比较容易被黑客攻破么)，依次为当前函数指针PC、返回指针LR、栈指针SP、栈基址FP、传入参数个数及指针、本地变量和临时变量。如果函数准备调用另一个函数，跳转之前临时变量区先要保存另一个函数的参数。
  • ARM也可以用栈基址和栈指针明确标示栈帧的位置，栈指针SP一直移动，ARM的特点是，两个栈空间内的地址（SP+FP）前面，必然有两个代码地址（PC+LR）明确标示着调用函数位置内的某个地址。

堆栈溢出

一般情况下应用程序是不需要考虑堆和栈的大小的，但是事实上堆和栈都不是无上限的，过多的递归会导致栈溢出，过多的alloc变量会导致堆溢出。

所以预防堆栈溢出的方法：
（1）避免层次过深的递归调用；

（2）不要使用过多的局部变量，控制局部变量的大小；

（3）避免分配占用空间太大的对象，并及时释放;

（4）实在不行，适当的情景下调用系统API修改线程的堆栈大小；

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