Profile and optimize your game's memory
Graphics & Games 进阶 20m

分析和优化游戏内存

Profile and optimize your game's memory

2022年6月6日

在 Apple 官方观看视频

一句话判断

“内存分配不等于实际内存占用”——如果你的游戏因为内存问题被系统终止，这场 Session 会帮你搞清楚到底发生了什么以及如何诊断。

这场 Session 讲了什么

Apple GPU 软件团队的 Jack Xu 和 Seth Lu 系统讲解了游戏内存的分析和优化方法。内容从内存的基本概念开始，逐步深入到 Instruments 的内存分析工具、Xcode 的内存图分析、以及 Metal Debugger 的资源优化。

Session 的核心洞察是：分配（Allocations）和实际内存使用（Memory Footprint）是两个不同的概念。分配发生在虚拟地址空间，实际内存使用发生在物理内存。系统按物理内存页面（16KB）向你的游戏收费，不是按分配量收费。

今年新增了 Game Memory Instruments 模板，专门用于分析 Metal 游戏的内存增长。

值得深挖的点

分配 vs 实际内存。 游戏申请内存分配时，空间预留在了虚拟地址空间。只有当游戏实际访问这些内存时，系统才会在物理内存中准备空间。这意味着分配 100MB 不一定占用 100MB 物理内存。内存页分为三类：Dirty（已写入的内存）、Compressed（被压缩的不活跃页面）、Clean（只读映射文件，不计入 footprint）。

Memory Footprint 是核心指标。 Footprint = Dirty + Compressed + Swapped。这是系统用于执行内存限制的指标。在 Apple Silicon 上，CPU 和 GPU 共享统一内存，Metal 资源也计入 Dirty 内存。你的游戏可以通过 API 查询当前 footprint 和可用内存。

Game Memory 模板。 Instruments 今年新增的模板包含多个工具：Allocations 记录分配历史、Metal Resource Events 追踪 Metal 资源、VM Tracker 记录内存 footprint、Virtual Memory Trace 追踪虚拟内存活动。这个模板专为游戏内存分析设计。

内存页面的生命周期。 每个内存页面 16KB。不活跃的 Dirty 页面可能被系统压缩或换出到磁盘。当游戏再次访问这些页面时，系统会解压或从磁盘换入。你的游戏仍然按未压缩大小被收费。

代码片段

import os.proc

// 查询当前可用的系统内存（iOS/iPadOS/tvOS）
let availableMemory = os_proc_available_memory()
print("可用内存: \(availableMemory / 1024 / 1024) MB")

// 查询当前游戏的内存 footprint
import os.proc

var info = rusage_info_v6()
var infoCount = mach_msg_type_number_t(MemoryLayout<rusage_info_v6>.size / MemoryLayout<integer_t>.size)
let result = withUnsafeMutablePointer(to: &info) { infoPtr in
    infoPtr.withMemoryRebound(to: &infoCount, capacity: 1) { countPtr in
        proc_pid_rusage(getpid(), RUSAGE_INFO_V6, countPtr)
    }
}

if result == 0 {
    let footprint = info.ri_phys_footprint
    let lifetimeMax = info.ri_lifetime_max_phys_footprint
    print("当前 footprint: \(footprint / 1024 / 1024) MB")
    print("生命周期最大 footprint: \(lifetimeMax / 1024 / 1024) MB")
}

最佳实践

  • 关注 Memory Footprint 而非分配量——前者是系统限制和终止的依据
  • 使用 Xcode 的 Memory Report 作为第一步概览，用 Instruments 的 Game Memory 模板做深入分析
  • 从新启动开始分析（而非附加到已有进程），确保捕获完整的启动期内存增长
  • Apple Silicon 上 Metal 资源计入 Dirty 内存，优化纹理和缓冲区大小能直接减少 footprint
  • 使用 os_proc_available_memory() 在运行时动态调整资源使用策略
  • Clean 内存虽然不计入 footprint，但过多的文件映射会拖慢系统

还有什么值得关注

  • Metal Debugger 可以分析 Metal 资源（纹理、缓冲区、管线状态对象）的使用效率
  • Xcode 的内存图调试器可以分析对象引用关系，发现内存泄漏
  • 不同 Apple 平台有不同的内存限制，需要针对目标设备进行测试
  • 压缩内存仍然被收费，只是占用的物理内存更少——但它会增加 CPU 开销
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