狠狠撸

メモリ管理完全に理解した
仮想記憶？スワップ？はいはい、知ってる知ってる
@segavvy
?2020 segavvy 2020/5/28 完全に理解した人達の完全に理解したTalk #5 1

このお話のゴール
メモリは OSが管理（OS：Windows、 Linux、 macOS、etc.）
OSのやっていることがわかればメモリ管理の仕組みがわかる
OSのやっていることがわかる！これがゴール
3章に分けてお話します

第1章
メモリとファイル
メモリ管理のお話ですがファイルも関係するので合わせてご説明します

メモリは勝手に使えない
メモリはOSが管理している = OSから借りないと使えない
OSに依頼すれば空いてるメモリを貸してくれる
え？いちいちOSから借りたりしてないけど
new hoge[123] とか malloc(456) とか fugo = [7, 8, 9] とかすれば使えるし
お使いの開発言語が内部でOSから借りる手続きをやってくれています

ファイルも勝手に使えない
ファイルも OSが管理している = OSに依頼しないと使えない
OSに依頼すればファイルの読み書きをしてくれる
OSに頼まずに fread() とか hoge.read() とか fugo.readlines() とかで
直接読み込めてるけど
お使いの開発言語が内部でOSへ依頼してくれています

賃貸アパートに例えてみる
住人に部屋を貸す
大家さん
借りた部屋に
荷物を持ち込んで活動する住人
OS（大家さん）
メモリ（部屋）
プログラム（住人）
データ
（荷物）
データ（荷物）
データ（荷物）

ファイルも例えてみる
ファイルは特性上
中身に直接アクセスできない
読み書きはメモリを経由して実施
ファイルは読み書きに
時間がかかるので
遠くの倉庫に例えてみる
データ
（荷物）
メモリ
（部屋）
ファイル（倉庫）
住人に依頼された荷物を
倉庫から部屋へ運ぶ大家さん

第1章のまとめ
メモリ
（部屋）
OS
（大家さん）
データ
（荷物）
ファイル
（倉庫）
プログラム
（住人）
メモリの使用
ファイル書き込み
ファイル読み込み
データ
（荷物）

大家さんの苦悩
荷物運んで大変な割に儲からない
アパートは6部屋しかないので
6人に貸したら家賃収入頭打ち
部屋を増やせば収入は増えるけど
アパートを増やしたりビルに建て替えたりしたら
それこそ大出費……

住人の生活スタイルはさまざま
昼間は外に出かけていて
部屋を空けている人
昼間は部屋にいるけど
夜中に部屋を空けている人
1日中部屋にいるけど
寝ていることが多い人
夜中に寝ないで活動している人

お金をかけずに
部屋を増やせる方法!?
第2章へつづく

第2章
大家さんのアイデア
お金をかけずに部屋を増やす方法

外出中や睡眠中の部屋がもったいない
1号室
2号室
3号室
4号室
A
C
B
D
外出中の部屋を他の人へ
寝ている人も外へ
そっと動かして他の人へ
起きる前に戻せば大丈夫
A
B
D
C
外出
外出
外出睡眠
睡眠
睡眠睡眠
睡眠
朝昼夜夕方

外出中や睡眠中の部屋がもったいない
1号室
2号室
3号室
4号室
A
C
B
D
外出中の部屋を他の人へ
寝ている人も外へ
そっと動かして他の人へ
起きる前に戻せば大丈夫
A
B
D
C
これなら倍の人に貸せる！
朝昼夜夕方

荷物をどうするか
外出中の部屋や寝ている人を
どかして空けた部屋を
他の人に使わせるにしても
部屋には荷物が残っている
これらをどこかにどかして
また帰宅や起きるまでに
戻さないといけない
一時的な荷物置き場として
倉庫を利用することに
倉庫なら部屋と違って
安く拡張できる

部屋の切り替え
1号室
A C
朝と昼の間で
Aさんの部屋からCさんの部屋へ
切り替えが必要
Aさんの荷物を
倉庫へ
Cさんの荷物を
倉庫から運んで
部屋を復元
ファイルの読み書きと同じなので
大家さんにとっては朝飯前
朝昼

部屋番号をどうするか
1号室
2号室
C
B
DA
B C
朝昼夜夕方
Aさんが夕方に帰ってきて
朝と同じ1号室に入ると
Dさんと鉢合わせてしまう
D
大家さんが入り口で
住人を出迎えて
部屋までエスコート
間取りは同じなので
住人は部屋の違いには
きっと気づかない

大家さんは住人と部屋を対応表で管理
1号室未使用 2号室未使用
2号室 2号室未使用未使用
未使用 1号室未使用 2号室
未使用未使用 1号室 1号室
A
C
B
D
朝昼夜夕方
大家さんは住人の顔を見て
実際に使う部屋へ誘導
朝は1号室だったAさんが
夕方に帰ってきたら
大家さんは何食わぬ顔で
2号室へご案内
住人には部屋番号を
気にさせない

複数の部屋を借りる人はどうするか
実際には 1人の住人が
いくつも部屋を
借りることが多い
その場合住人自身が
自分の借りている部屋を
区別できるように
部屋番号が必要
実際の部屋を
すり替えていることは
住人には絶対秘密！
部屋番号は教えられないので
架空の部屋番号をでっちあげて
教えることに……

架空の部屋番号と実際の部屋番号
1,2,3号室
（3部屋）
1号室
未使用
2号室
未使用3号室 3号室
4号室 4号室
1号室
（1部屋）
未使用未使用2号室 2号室
1,2号室
（2部屋）
未使用
1号室
未使用
2号室
3号室 3号室
1号室
（1部屋）
未使用未使用 1号室 1号室
A
C
B
D
朝昼夜夕方
さんは
1～3号室の3部屋を
さんは
1～2号室の2部屋を
借りている
(と思っている）
実際の部屋は
大家さんが決める
A架空の
部屋番号
C

第2章のまとめ
大家さんがやっていることメモリ管理の用語
1 架空の部屋番号を伝え実際の部屋割りを隠すアイデア仮想記憶
2 大家さんしか知らない実際の部屋番号メモリの物理アドレス
3 住人に伝えている架空の部屋番号メモリの仮想アドレス
4
外出中や睡眠中の住人の荷物を
倉庫に運んだり戻したりするアイデア
メモリスワッピング
5 荷物を倉庫に運んで他の人のために部屋を空けることスワップアウト
6 倉庫に運んだ荷物を戻して部屋を復元することスワップイン
7 倉庫に追い出した住人の部屋の荷物
スワップファイル
スワップパーティション
メモリ4GBのPCでメモリを1GB使うアプリが 5本以上動く！

倉庫の往復が大変なんで
手を抜きたい……
第3章へつづく

（休憩）元記事のご紹介
https://qiita.com/segavvy/items/9a9f8aa5cc4e6760307a
もう少し
詳しく解説しています
ご興味があればどうぞ！

第3章
大家さんの手抜き
こっそり倉庫との往復を減らそう

倉庫から運ぶのは大変
住人からの荷物の要求は結構多い
倉庫は遠いので
時間もかかるし運ぶのも大変

同じ荷物を頼まれることは多い
Aさんが同じ荷物を依頼してきた
BさんとCさんとDさんが
同じ荷物を依頼してきた
何度も取りに行くのは無駄なので
取ってきた荷物をこっそり
手元に置いておいて
使いまわしたい……
A
C
B
D

空いている部屋を一時置き場に活用
一度運んだ荷物は
空いている部屋に
置いておいて
同じものを頼まれたら再利用
部屋にある荷物なら
倉庫まで行かずに済むので
大家さんはラクできる
1号室
2号室
3号室
4号室
A
C
B
DA
B
D
C
朝昼夜夕方
A
A
C
A
A
C

倉庫へ運ぶのも大変
倉庫へ荷物を運ぶ依頼も多い
これも結構大変
とりあえず住人には
「運んだ」とウソ報告し
先ほどの空いてる部屋に
こっそり貯めておく
手が空いた時に
まとめて運べは
大家さんはラクできる

手抜きして住人は怒らない？
住人は荷物を早く持ってきてもらえることがあるし
すぐに「運んだ」と報告されるし大歓迎！
?空き部屋は人に貸すことが最優先（収入増やしたい）
借り手がいない時しかこの手抜きはできない
?手抜きのせいで荷物の処理時間は一定にならない

第3章のまとめ
大家さんがやっていることメモリ管理の用語
1 空き部屋を荷物の一時置き場にするアイデアファイルシステムキャッシュ
2
倉庫から運んだ荷物を一時置き場に置いて
再利用する仕組み
読み込みキャッシュ
3
荷物をすぐには倉庫に運ばず
後でまとめて運ぶ仕組み
書き込みキャッシュ
4
一時置き場に置いておいた荷物を
倉庫へ一気に運ぶ作業
フラッシュ
ファイルアクセスが高速になる！

おわりに
メモリは OS が管理している
メモリ管理の仕組みを理解するためには
OS（大家さん）のやっていることがわかればOK
これがゴールでした
このお話がメモリ管理の理解の一助になれば幸いです
ありがとうございました

参考文献?参考サイト
? 仮想記憶 - フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』（最終閲覧日：2020/5/24）
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BB%AE%E6%83%B3%E8%A8%98%E6%86%B6
? 誰でもわかるメモリ管理入門:01 @segavvy - 『Qiita』（最終閲覧日：2020/5/24）
https://qiita.com/segavvy/items/9a9f8aa5cc4e6760307a
? かわいいフリー素材集『いらすとや』
https://www.irasutoya.com/

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