Каким образом операционная система определяет, когда объект в памяти больше не используется и его можно безопасно освободить?

Операционная система сама напрямую не управляет освобождением объектов в памяти — это задача среды выполнения и языка программирования. В iOS, например, управление памятью происходит с помощью механизма ARC (Automatic Reference Counting).

ARC отслеживает количество ссылок на объект. Когда счетчик ссылок объекта становится равен нулю (то есть на объект больше никто не ссылается), объект автоматически освобождается из памяти.

Пример:

class MyClass {}
var obj: MyClass? = MyClass() // счетчик ссылок = 1
obj = nil // счетчик ссылок = 0, объект освобождается

Таким образом, ОС не определяет, когда объект больше не используется — это делает среда выполнения с помощью подсчёта ссылок или сборщика мусора.