第8回 Windowsの仮想メモリーを見てみよう

2007.09.04

　「仮想メモリー」をご存じですか？ハードディスクの一部をメモリーとして使うことで，メモリー（物理メモリー）の不足を補う仕組みです。

　仮想メモリーの仕組みは，OSが提供してくれます。したがって，私たちがプログラムを作るときには，仮想メモリーを意識したコードを記述する必要はほとんどありません。もしも，メモリーが足りなくなったら，Windowsがメモリーの一部をハードディスクに移して，メモリー空間を空けてくれるからです。

　Windowsさんありがとう！などとお礼を言って終わりでは，ちょっともの足りない気がします。仮想メモリーが実際にどんなものか，一度は見ておきたいですね。今回は，仮想メモリーに関する実験をやってみましょう。

最初にちょっとだけお勉強

　実験を行う前に，仮想メモリーの勉強をしておきましょう。仮想メモリーには，大きく分けて二つの方式があります。「セグメント方式」と「ページング方式」です。

　メモリーが不足したときには，メモリー（物理メモリー）上のプログラム全体がまるごとハードディスク（仮想メモリー）に移されるわけではありません。プログラムをいくつかの部分に分割して，部分ごとに移します。プログラムを，処理やデータに都合のよい区切りで分割するのが「セグメント方式」で，内容にかかわらず固定サイズで分割するのが「ページング方式」です。

　セグメント方式は，効率が良いのですが，仕組みは複雑になります。逆に，ページング方式は，効率は悪いのですが，仕組みは単純になります。それぞれに一長一短があり，どちらがよいとは一概には言い切れません。

　Windowsは，ページング方式を採用しています。一つのページのサイズは，4Kバイトです。ここでは，Windowsが採用しているページング方式を見ていきます。

　実験の前に，仮想メモリーに関する専門用語を覚えておきましょう。プログラムを固定サイズで分割した部分を「ページ」と呼びます。メモリーとハードディスクの間でページを入れ替えることを「ページング」または「スワップ（swap）」と呼びます。メモリーからハードディスクにページを移すことを「ページアウト」または「スワップアウト」と呼びます。ハードディスクからメモリーにページを戻すことを「ページイン」または「スワップイン」と呼びます（図1）。

図1●ページング方式の仮想メモリーの仕組み

　実行しようとしたページがメモリー上にないときは，現在使われていないページをページアウトして，必要なページをページインすることになります。OSがこの処理をしている間は，プログラムの実行がいったん中断されます。

　実行しようとしたページがメモリー上にないことを「ページフォルト」と呼びます。ページフォルトが起きると，ページングのための割り込み処理プログラムが起動するので，アプリケーション・プログラムの動作が一時停止します。頻繁にページフォルトが起きると，アプリケーション・プログラムが円滑に動作しない状態になります。これを「スラッシング（Thrashing）」と呼びます。

　皆さんにもきっと経験があると思います。ハードディスクのアクセス・ランプが激しく点滅し，プログラムの応答が遅くなることがあります。その場合，たいてい，スラッシングが起きています。あまりにもスラッシングが頻繁に起きるようなら，お財布と相談して，メモリー容量を増やすことを検討しなければなりません。

仮想メモリーの実体は「pagefile.sys」というファイル

　お勉強が済んだところで，最初の実験です。仮想メモリーの実体を見てみましょう。Windows（ここでは，Windows XPを使います）の仮想メモリーの実体は，ハードディスクのルートディレクトリにあるpagefile.sysというファイルです。これを「ページング・ファイル」と呼びます。

　ページアウトされた個々のページが，一つのページング・ファイルの中に収まっているのです。ページング・ファイルを複数のディスクに分割して，アクセス効率を向上させることもできますが，一般には一つのファイルとなっています。

　エクスプローラを起動して，pagefile.sysを見てみましょう。Windowsは，デフォルトでpagefile.sysのようなシステムファイル（OSの動作に関する重要なファイル）を隠しファイルとしているので，そのままでは画面にファイル名が表示されません。あやまって削除されると困るからです。

　ただし，見るだけなら何も問題ありません。エクスプローラの「ツール」メニューから「フォルダオプション」を選択し，表示されるウィンドウの「表示」タブのリストにある「すべてのファイルとフォルダを表示する」をオンにして［OK］ボタンをクリックしてください。なお，実験が終わったら，「隠しファイルおよび隠しフォルダを表示しない」に戻しておくことをお勧めします（図2）。

図2●「すべてのファイルとフォルダを表示する」をオンにする

　エクスプローラで，ハードディスク（ここでは，Cドライブ）のルートディレクトリを見てください。今まで表示されなかったファイルが，いくつか表示されているはずです。その中に仮想メモリーの実体であるページング・ファイルpagefile.sysがあるはすです。筆者のマシンでは，ファイルのサイズが1,572,864Kバイト（約1.5Gバイト）になっていました（図3）。