コンピュータの世界では、メモリと言えばシステムRAMのことを指します。CPUキャッシュ、HDD、SSDなど、技術的にはこれらもメモリの一種ですが、ほとんどの人にとって主役はRAMです。RAMは、アクティブなアプリケーションをスムーズに動作させ、CPUに十分な速度でデータを送信してシステムが停止しないようにする役割を果たします。しかし、たくさんのタブを開いたり、重いソフトウェアを実行したりすると、速度低下やクラッシュに気付くことがあります。これは多くの場合、RAMが不足しているか、適切に管理されていないことが原因です。最新のメモリ処理の仕組みを理解することで、PCの速度が予期せず低下したり、不安定な問題を解決したりできる場合があります。

履歴メモリ管理

かつてのコンピューターは、R​​AM を単純なチャンク単位で要求していました。アプリケーションは必要なものだけを要求し、それで終わりでした。しかし当然、RAM を増やすとコストが急騰し、大量のアプリやメモリを大量に消費するプログラムを実行するのは面倒でした。プログラムが物理的に利用可能な量よりも多くの RAM を必要とする場合、動作が停止したりクラッシュしたりしました。さらに、各アプリが独自のメモリを管理しようとするため、これらの割り当ての管理は大きな頭痛の種となり、トラブルシューティングも困難でした。ソフトウェアは通常、RAM の 1 つのブロックを取得します。最初は管理が簡単ですが、後でさらに RAM が必要になった場合、次のチャンクがすでにビジー状態であるため、待機状態になったり、失敗したりする可能性があります。これは非常に面倒で、失敗する可能性があります。

ページングと仮想メモリ

ここで仮想メモリの出番です。仮想メモリは、プログラムがメモリと認識するものと、ハードウェアが実際に提供するものとの間に抽象化レイヤーを追加します。そのため、アプリは実際の物理 RAM によって制限されるのではなく、OS がアプリに大きな連続したチャンクがあるように見せかけます。これにより、実際の RAM とディスク ストレージの複雑な詳細が隠されます。これは特に処理が重くなったときに便利です。OS はデータを一時的にディスクにスワップすることで、利用可能なメモリを拡張できるからです。一部のマシンでは、RAM とディスク間でのデータのスワップは RAM から読み取るよりもはるかに遅いため、これにより処理速度が低下しますが、RAM が不足した場合のクラッシュを防止します。そして、おもしろいことに、仮想メモリは各プログラムが独自の分離されたメモリ空間を持つため、セキュリティも強化します。これにより、ハッキングや偶発的なデータ漏洩がはるかに困難になります。

ページングは​​、仮想メモリをページと呼ばれる小さなチャンクに分割します。これらのページは、実際の RAM または必要に応じてディスク領域にマップされます。そのため、プログラムが大きなメモリチャンクを「認識」したとしても、一部の部分は実際にはディスク上に保存され、必要に応じてスワップインおよびスワップアウトされる可能性があります。この柔軟性は非常に重要です。RAM が最大限に活用されると、OS は最も使用頻度の低いページをディスクにシャッフルして、緊急の作業のために RAM を解放できます。ただし、もちろん、これが速度低下の原因となります。ディスク上にあるデータは、プログラムが処理を続行する前にスワップインする必要があります。一般的なページ テーブルはすべての場所を追跡しますが、そのテーブル自体が RAM 内に保持されていない場合は問題が発生します。特にパフォーマンスや安定性にとって重要なページは、メモリ内に「固定」され、スワップアウトされないことがあります。

ページングは​​悪い考えですか?

ページングは​​魔法のトリックのように感じられます。OS が実際よりも多くの RAM があるように見せかけることができるからです。しかし、一方ではアップグレードです (そうでなければ、クラッシュしたりフリーズしたりするだけです)。しかしその一方で、システムがページのスワップに大きく依存している場合は、非常に遅くなる可能性があります。ページングがアクティブな場合、OS はディスク上のあまり使用されないデータをスワップアウトして、本当に今 RAM を必要とするもののために RAM を解放します。さらに厄介なのは、スワップインとスワップアウトによってレイテンシが追加されることです。常にスラッシングが発生していると (これについては後で詳しく説明します)、PC が遅くなり、応答しなくなったように感じます。これを適切に機能させるには、OS がすべての場所を追跡する必要があり、そのためにページ テーブルが存在します。そして、そうです、これがスワップアウトされたり破損したりすると、ゲームオーバーです。一部のページ (特に重要なタスクを処理するページ) は、この悪夢を防ぐために RAM 内に「固定」することができます。

殴打とそのフラストレーション

多くのプログラムを開いていないのに、システムが重くなっているのに気づいたことはありませんか?これは多くの場合、スラッシング状態です。つまり、OSがピーク時の慌ただしいUberの運転手のように、RAMとディスク間でデータをやり取りし続けている状態です。これは、すべてのアプリが必要とするRAMの合計が物理的に利用可能な容量に近づくか超えると発生し、スワップイン/アウトサイクルが頻繁に発生します。これは、システムが作業を行う代わりにメモリ管理にすべての時間を費やすため、生産性を著しく低下させます。この問題を解決するには、通常、メモリ管理の負荷を軽減するか、物理RAMを増やす必要があります。または、設定によっては、いくつかのアプリを閉じることで改善されることもあります。しかし実際には、負荷の高いワークロードを実行している場合は、RAMを増設することが唯一の解決策となることがよくあります。ソフトウェアの最適化も役立ちますが、これは長期的な解決策です。

まとめ

仮想メモリは、物理RAMだけでは処理できないほど多くのデータをコンピューターで処理できるようにするOSの巧妙な機能です。完璧ではありません。ディスクスワップに大きく依存すると、速度低下につながる可能性があります。しかし、システム全体のクラッシュを防ぐには、仮想メモリが役立ちます。その仕組みを理解することで、メモリ管理の不備が原因で発生するシステムの低速化や予期せぬクラッシュのトラブルシューティングに役立ちます。頻繁に速度低下が発生する場合は、ページングの発生量を確認してください。ページング量が多い場合は、RAMの増設を検討する必要があるかもしれません。そうでない場合は、不要なアプリを終了したり、設定を変更したりすることで、スムーズな動作を維持できる場合があります。

まとめ

  • 仮想メモリは、物理的に利用可能な量よりも多くの RAM をシステムが管理するように仕向けます。
  • スワッピングが多すぎると速度が低下し、スラッシングによって状況はさらに悪化します。
  • 重要なページをピン留めして、スワップアウトされないようにします。
  • 通常、物理 RAM を増やすと、仮想メモリのみを最適化するよりも効果的です。

結論

結局のところ、仮想メモリの仕組みを理解することで、奇妙な速度低下やクラッシュの謎を解くことができます。重要なのは、物事のバランスを取ること、つまりディスクスワップに過度に依存することなくOSが本来の力を発揮できるようにすることです。システムが常にスラッシング状態になっている場合は、RAMを増設すればほぼ確実に解決します。そうでない場合は、アプリをいくつか閉じたり、ワークロードを調整したりすることで時間を稼ぐことができます。願わくば、これが舞台裏で何が起こっているのかを少しでも明らかにしてくれるでしょう。もちろん、Windowsは必要以上に処理を複雑にしなければならない時もあるからです。メモリ管理について少し知識があれば、何時間ものフラストレーションから解放されるということを覚えておいてください。