Memory Management в играх

Среднее мобильное устройство имеет 4GB RAM, из которых игре достаётся 1.5-2GB. PS4 даёт 5GB. Switch - 3GB. Каждый мегабайт - это решение: эта текстура или та анимация? Игры, которые crash'ятся с OOM, получают 1-звёздочные отзывы. GC stutter в VR вызывает физический дискомфорт. Memory management - это профессия.

• **Red Dead Redemption 2** - 150GB+ ассетов, работающих на 8GB PS4: aggressive streaming, 4 уровня текстурных mip'ов, динамическое управление бюджетом в зависимости от биома
• **Pokémon GO** переработал memory management после волны OOM crashes на Android 2016: переход на Object Pooling для AR объектов снизил heap allocation на 70%
• **Beat Saber** (VR) требует 0ms GC паузы: написан с explicit zero-allocation hot path, все ноты из предаллоцированного пула, GC запускается только в меню
• **Genshin Impact** поддерживает iOS 9.0+ с 2GB RAM: адаптивные texture streaming budgets в зависимости от доступной RAM устройства, определяемой при старте

Pool Allocator и кастомные аллокаторы

**Системный malloc - враг производительности игр.** Частые malloc/free фрагментируют heap, замедляют аллокацию и создают непредсказуемые паузы. Pool Allocator решает это: заранее выделяет большой блок памяти и раздаёт фиксированные куски одного размера. Нет фрагментации, нет обращений к OS, аллокация за O(1).

Unreal Engine использует TPooledLinkedList и TCircularBuffer для hot-path аллокаций. Unity DOTS (Data-Oriented Technology Stack) использует NativeArray и Allocator.TempJob - аллокации в custom allocator без GC. Все аллокации в performance-critical code должны идти через пулы, а не через new/malloc.

Asset Streaming

**Asset streaming** - загрузка ресурсов по мере необходимости, а не всё сразу. GTA V map весит 65GB - закономерно, не помещается в RAM. World of Warcraft загружает чанки мира вокруг персонажа. Современные игры предсказывают движение камеры и загружают ресурсы заранее, чтобы не было видимых задержек.

Texture Streaming - отдельная система в Unreal и Unity: текстуры загружаются в самом низком mip level, затем постепенно загружаются более детальные mip'ы по мере приближения. Unreal Engine Texture Streaming Pool (r.Streaming.PoolSize) определяет бюджет памяти для текстур. Превышение бюджета = degraded mip levels = blur на объектах.

Избегание GC в Unity/C#

**Garbage Collector в Unity** - источник stuttering. GC срабатывает, когда heap переполняется, и может заморозить игру на 1-5ms. В VR это катастрофа (frame drop с 90fps ощущается как физическая тошнота). Принцип: не создавать managed heap allocations в hot code path (Update, FixedUpdate, OnCollisionEnter).

Unity Memory Profiler (Package Manager) показывает все managed allocations с call stack. Ищи повторяющиеся аллокации одного и того же типа в одном месте. Unity 2021+ поддерживает Incremental GC - GC работает по чуть-чуть каждый кадр вместо большой паузы. Включить: Project Settings > Player > Use incremental GC.

Memory Budgets по платформам

**Игра без бюджета памяти - игра, которую убьёт OS.** На iOS 3GB RAM App получает kill при превышении ~1.5GB. На PS4 (8GB) - ОС берёт 3GB, игре остаётся 5GB. На Switch (4GB) - ещё жёстче. Memory budget определяет распределение: сколько на текстуры, на геометрию, на аудио, на код и runtime данные.

Addressables Reference Counting в Unity: каждый LoadAssetAsync увеличивает ref count. Когда ref count падает до 0 через Release() - ассет выгружается из памяти. Утечки памяти в Unity часто происходят из-за незакрытых Addressable handles - ассет загружен, объект уничтожен, но Release не вызван.

Ключевые идеи

• **Pool Allocator:** O(1) аллокация, нет фрагментации, нет обращений к OS; отдельный пул для каждого типа объекта
• **Asset Streaming:** Addressables с ref counting; predictive streaming загружает ассеты до прихода игрока; Texture Streaming Pool - отдельный бюджет
• **GC Avoidance:** нет heap allocations в Update(); StringBuilder вместо string concat; pre-allocated буферы; Incremental GC как safety net
• **Memory Budgets:** распределить явно по категориям; мобильный OOM = kill без предупреждения; Release() каждый LoadAssetAsync

Связанные темы

Управление памятью затрагивает все аспекты игрового движка:

• Производительность: GPU и CPU — Static Batching дублирует mesh данные в памяти - trade-off между CPU batching performance и memory usage
• Архитектура AAA движка — Custom allocators, virtual memory management и asset streaming - фундаментальные системы любого AAA движка
• Game Pipeline и CI/CD — Memory budget tracking через автоматизированные тесты в CI: build превысил texture budget - провал проверки

Вопросы для размышления

• Pool Allocator эффективен для объектов одного размера. Как организовать memory management для объектов с непредсказуемым временем жизни и разными размерами - например, JSON payload'ы от сервера? Какие паттерны используют игровые движки?
• Unity Incremental GC разбивает GC pause на маленькие куски (< 0.5ms за кадр). Почему это не полное решение проблемы - когда Incremental GC всё равно вызывает stutter?
• SSD на PS5 (5.5 GB/s) быстрее RAM на PS3 (25 GB/s на PS3 XDR RDRAM - нет, RAM быстрее). Как Sony использует эту скорость SSD для изменения архитектуры streaming - что стало возможным, чего не было раньше?

Связанные уроки

• arch-08-memory-hierarchy