仮想記憶の概要

(仮想記憶ではない) 固定記憶のシステムでは、プロセスの実アドレス空間は、システム主記憶のある部分を占有し、それに限定されます。

SunOS 5.0 から 5.8 の仮想記憶では、プロセスの実アドレス空間は、ディスク記憶装置のスワップパーティションにあるファイルを占有します (このファイルをバッキングストアと言います)。主記憶のページは、プロセスアドレス空間のアクティブな (または最近アクティブだった) 部分をバッファリングし、CPU が実行するコードとプログラムが処理するデータを提供します。

現在メモリにないアドレスが CPU によってアクセスされ、「ページフォルト」が発生すると、アドレス空間のページが読み込まれます。参照されているアドレスセグメントがメモリに読み込まれてページフォルトが解決されるまで実行は継続できないので、ページが読み込まれるまでプロセスは休眠します。

アプリケーション開発者にとって 2 つのメモリシステムの最も明瞭な違いは、仮想記憶によって、アプリケーションはより大きいアドレス空間を占有できることです。また、仮想記憶を使用すると、ファイル入出力が簡単で効率的になり、プロセス間のメモリ共用が非常に効率的になります。

アドレス空間とマッピング

バッキングストアファイル (プロセスのアドレス空間) は、スワップ空間だけに存在するため、UNIX 名前付きファイル空間に含まれていません。(このため、他のプロセスはバッキングストアファイルにアクセスできません。) しかし、簡単な拡張により、1 つまたはそれ以上の名前付きファイルの全部または一部をバッキングストアに論理的に挿入できるようにしたり、その結果を単一のアドレス空間として扱えるようにしたりできます。このことを「マッピング」と言います。

マッピングを使用すると、読み取り可能または書き込み可能なファイルの任意の部分を論理的にプロセスのアドレス空間に含めることができます。プロセスのアドレス空間の他の部分と同様に、ページフォルトによって強制されるまで、ファイルのどのページも実際にはメモリに読み込まれません。その内容が修正された場合だけ、メモリのページはファイルに書き込まれます。そのため、ファイルの読み取りと書き込みは、完全に自動的かつ効率的に行われます。

複数のプロセスを 1 つの名前付きファイルにマッピングできます。こうすることで、効率的にプロセス間のメモリを共用できます。他のファイルの全部または一部をプロセス間で共用することもできます。

マッピングできない名前付きファイルシステムのオブジェクトもあります。たとえば、端末やネットワークデバイスファイルなどの記憶領域として扱うことができないデバイスなどです。

プロセスのアドレス空間は、アドレス空間にマッピングされるファイルの全部 (またはファイルの一部) によって定義されます。各マッピングは、プロセスが実行されるシステムのページ境界に合うように大きさと境界割り当てが調整されます。プロセス自体に関連付けられるメモリはありません。

プロセスのページは、一度に 1 つのオブジェクトだけにマッピングされますが、オブジェクトのアドレスは、多くのプロセスのマッピングの対象になることがあります。「ページ」という概念は、マッピングされるオブジェクトの属性ではありません。オブジェクトのマッピングは、プロセスがオブジェクトの内容を読み取るまたは書き込むための機能だけを提供します。

マッピングによって、プロセスはオブジェクトの内容を直接アドレス指定できます。アプリケーションは、読み取りと書き込みによって間接的ではなく、使用する記憶領域の資源に直接アクセスできると便利な場合があります。たとえば、効率化 (不要なデータコピーの省略) と単純化 (読み取り、バッファの変更、書き込みではなく 1 つの操作で更新) などの利点があります。オブジェクトにアクセスし、アクセス中その識別情報を保つ機能は、このアクセス方式に固有で、この機能により共通のコードとデータを共用できます。

ファイルシステムの名前空間は、NFS を介して他のシステムから接続されているディレクトリツリーを含むので、ネットワークに接続されたファイルをプロセスのアドレス空間にマッピングすることもできます。

一貫性

複数のプロセスが 1 つのファイルを同時にマッピングするときに、メモリまたはファイルに含まれているデータを共用するかに関係なく、データ要素に同時にアクセスすると問題が発生することがあります。そのようなプロセスは、SunOS 5.0 から 5.8 で提供される同期メカニズムのいずれかによって協調できます。非常に軽量なので、SunOS 5.0 から 5.8 で最も効率的な同期メカニズムは、スレッドライブラリで提供するメカニズムです。その使用方法については、mutex(3THR)、condition(3THR)、rwlock(3THR)、および semaphore(3THR) の各マニュアルページを参照してください。