仮想メモリ: Android の不思議な力を解き明かす

知っていましたか？仮想メモリは、Android を含むすべての最新のオペレーティング システムの基本概念です。これは、ユーザーをだまして携帯電話にさらに多くの RAM を搭載させるためのトリックであると誤解されることがよくあります。現在の最も強力で最高の携帯電話でさえ、依然として仮想メモリを使用しています。

市場では、仮想 RAM や RAM Plus などの特殊な用語を聞いたことがあるかもしれません。これらの用語は、仮想メモリがオペレーティング システムのメモリ管理の標準的な方法ではなく、追加の機能であるという誤解を招く可能性があります。 Android で仮想メモリがどのように機能するかを理解すると、携帯電話でメモリがどのように管理され、高負荷時にどのように動作するかについての洞察が得られます。

「私の携帯電話には 8 GB の RAM しかありませんが、16 GB の仮想 RAM を使用できます。」という声をよく耳にするかもしれません。仮想メモリとは何なのか考えたことはありますか?それはどのような技術ですか?この記事では、これらの質問に答えます。仮想メモリの世界に入り、その仕組みと Android システムでのアプリケーションを理解しましょう。

仮想メモリの簡単な歴史

仮想メモリの概念は、Ferranti Computers と Plessey の共同プロジェクトの一環として、1959 年にマンチェスター大学コンピュータ研究所に導入されました。これは、当時世界最速のコンピューターである Atlas コンピューター システムの一部であり、主にメモリ管理システムの開発で知られています。

当時、コンピュータのメイン メモリ (RAM) から二次記憶装置 (ハードディスクなど) にデータを転送するプロセスでは、プログラマが転送命令を作成する必要がありました。プロセス中にコンピュータは他のタスクを実行できないため、これには非常に時間がかかり、イライラする可能性があります。

仮想メモリには、このプロセスの多くを自動化するメモリ管理システムが導入されています。これにより、プログラマは、メモリの割り当て方法を気にすることなく、コンピュータのすべてのメイン メモリにアクセスできるかのようにアプリケーションを作成できます。これは、仮想メモリ アドレスをメイン メモリに保存し、システム制御を使用してそれらを実際の物理アドレスにマップすることによって行われます。

仮想アドレスを物理メモリに転送する必要がある場合、これはシステム制御を通じて行われます。これは、最初のオペレーティング システムの 1 つと考えることができます。 Android では、カーネルはこのような基本的なシステム タスクの処理を担当します。

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仮想メモリの秘密: ライブラリの比較

あなたは図書館でテーブルに座って調べ物をしていると想像してください。机の上に置ける本は限られていますが、図書館全体が本で満たされており、すべてのリソースが目の前にあります。デスクトップや、デバイスの RAM など、簡単にアクセスできる書籍は、必要なときにすぐにアクセスできる利用可能なデータを表します。

図書館にはたくさんの本があり、どの階や棚にあるかはわかりませんが、これらの本には必要な情報が含まれています。たとえ引用が完了していない本であっても、新しい本を配置できるように、どの本をテーブルから外すかを決定する必要があります。このプロセスは時間がかかり、特に同じ書籍に何度もアクセスする必要がある場合にはイライラします。

仮想メモリ: 図書館のアシスタント

仮想メモリは、デスクトップのすぐ隣にある個人用の本棚 (ハード ドライブまたは SSD ストレージ) のようなもので、本を選ぶのを手伝ってくれる図書館アシスタントがいます。代わりに、本を元の棚に戻す代わりに、アクセスしやすい個人の本棚に置くことができます。

本が必要な場合は、尋ねるだけでアシスタントが机まで持ってきてくれます。机の上に十分なスペースがない場合は、別の本を個人の本棚に移動します。図書館アシスタントは、ユーザーの個人本棚にどのような本があるかを常に把握しており、必要な本を図書館の他の場所から入手できます。すべてバックグラウンドで行われるため、気が散ることなく研究に集中できます。

仮想メモリを使用すると、デバイスがさまざまなプログラムやアプリケーションに十分なスペースを割り当てることができるため、複数のプログラムを同時に実行しながら、必要なリソースを取得できます。これにより、デバイスの効率が向上し、より多くのタスクを処理できるようになり、全体的な生産性が向上します。

ただし、問題があります。図書館では、デスクトップ上の本のみが表示され、ライブラリ内のすべての本が表示されるわけではありません。仮想メモリでは、メモリの容量不足が問題となります。デバイスでさらに多くのリソースが必要な場合は、一部のリソースを RAM からハード ドライブまたは SSD ストレージに移動し、再度参照されるときに RAM にフェッチし直す必要があります。

このように、仮想メモリ アシスタントはライブラリ内の魔法のキャラクターとなり、デバイスがメモリ内にリソースを割り当てるのを支援し、必要なリソースを簡単に取得できるようにします。

この魔法のような解決策はどのようにして生まれたのでしょうか?

この質問に対する答えを理解するには、マンチェスター大学のチームがメモリの「アドレス」の概念にどのように革命を起こしたかを理解する必要があります。この考え方は 1 レベル ストレージと呼ばれ、現在では仮想メモリとして知られています。これにより、コンピュータのメイン メモリが実際には十分な大きさではないにもかかわらず、プログラマは自由に使える大量のメイン メモリ (RAM) があるかのような錯覚を引き起こします。

この考え方の中心となるのは、「住所」と「物理的な場所」の区別です。先ほど述べた図書館のたとえに戻ります。机の上のどこかに本を置くと想像してください。これがあなたの住所です。従来の意味では、このアドレスはテーブルの物理空間に関連付けられます。机がいっぱいであれば、物理的にそこに別の本を置くことはできません。

しかし、仮想メモリがあるとアドレスの概念が変わります。あなたのアドレス (机上のどこか) は、実際に保管されている場所に関係なく、図書館内のあらゆる本を指すことができます。これは図書館のアシスタントのようなもので、それぞれの本がどこにあるかを記憶しており、物理的な場所を知らなくても気にしなくても、それを机まで持ってくることができます。

このアイデアは魔法のように聞こえるかもしれませんが、実際にはプログラマーにとっては大きな改善となります。従来のメモリでは、メイン メモリがいっぱいになるとプログラムが停止し、メモリ領域が増えるまで待機するためです。ただし、仮想メモリを使用すると、コンピュータは必要なデータをハード ドライブなどからメイン メモリにロードできるため、このことの重要性は低くなります。

Android の仮想メモリ: どのように機能するのですか?

仮想メモリは、先ほど述べたライブラリのたとえと同じように、Android 上で機能します。ただし、モバイル オペレーティング システムでは、効率を達成するためにメモリを管理するための複雑なソフトウェアおよびハードウェア メカニズムが必要になります。

Android では、他のオペレーティング システムと同様に、アプリケーションがメモリの場所を参照できるようにするためにメモリ アドレスが使用されます。仮想メモリのため、これらのアドレスはデバイスの RAM 内の物理的な場所に対応する必要はありません。代わりに、Android は仮想メモリを使用して、各アプリケーションに大きな連続したメモリ ブロックのような錯覚を与えます。これは、追加の二次記憶領域を利用することによって行われます。

これにより、Android 上のアプリが互いに分離され、別のセキュリティ層が提供され、あるアプリが別のアプリのメモリに干渉するのを防ぐことができます。また、開発者は物理メモリの制限を気にする必要がなく、メモリ管理コードを自分で記述する必要もないため、開発プロセスが簡素化されます。オペレーティング システムは、これに対処するのに役立ちます。

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仮想メモリの用語とプロセス

ページ

仮想メモリについて話すとき、システムはアプリケーションに割り当てられた仮想アドレス空間をページと呼ばれる塊に分割します。これらのページの値は、仮想アドレス空間全体内で一意です。

各アプリケーションには独自のページ テーブルがあり、仮想ページを物理メモリ内の実際のページにマップします。メモリ データにアクセスする必要がある場合、内部制御ユニット (MMU) はこのテーブルを使用して仮想アドレスを実際の物理アドレスに変換します。

交換する

Android デバイスは通常、パフォーマンスの低下を引き起こす可能性があるため、従来のスワップを避けます。ただし、物理メモリに格納されている zRAM と呼ばれる圧縮されたスワップ スペースを使用することはできます。この利点は、使用可能なメモリ領域を増やすことができることですが、欠点は、圧縮されたデータにアクセスする必要がある場合、アクセスする前にまず解凍する必要があることです。

ローメモリキラー (LMK)

Android は LMK を使用して、従来のデスクトップまたはラップトップ システムよりも積極的にメモリを管理します。メモリが不足すると、LMK はバックグラウンド プログラムを終了して、アクティブなアプリケーションのために RAM を解放します。

プロセスガイド

• LMK は、各プログラムの優先順位に基づいて、どのプログラムを終了できるかを決定します。
• LMK はプログラムを終了すると、そのプログラムのメモリ空間を、それを必要とする他のプログラムに解放します。
• この利点は、使用可能なメモリ領域が最大化されることですが、欠点は、LMK が間違ったプログラムを終了した場合にアプリケーションがクラッシュする可能性があることです。

Android 上の仮想メモリの利点: 安全な分離と効率的なメモリ使用率

セキュリティの分離: 各アプリケーションには独自のサンドボックス メモリ環境と仮想メモリ空​​間があり、各アプリケーション間の分離が実現されます。この分離により、あるアプリケーションが別のアプリケーションのメモリにアクセスすることがなくなり、セキュリティが強化され、パフォーマンスの干渉が防止されます。

効率的なメモリ利用: 仮想メモリは利用可能な物理メモリを効率的に管理するため、Android でより多くのアプリケーションを同時に実行できます。アプリケーションはバックグラウンドで開いたままにすることができ、必要なバックグラウンド プロセスのみを実行できます。未使用のページは圧縮または交換して、現在のタスクまたはより重要なタスクのためのスペースを確保できます。

仮想メモリのメリットはそれだけではありません

Android における仮想メモリの利点について詳しく知るために、このトピックを詳しく見てみましょう。次に、仮想メモリが Android でアプリをよりスムーズに実行するのにどのように役立つのか、また、仮想メモリがシステム全体の安定性とセキュリティをどのように向上させるのかを見ていきます。

デバイスを次のレベルに引き上げます

この記事では、仮想メモリを最大限に活用して Android デバイスを強化する方法を説明します。仮想メモリの基本とその仕組みを理解すると、アプリケーションの使用状況とメモリ割り当てをより適切に管理できるようになります。こうすることで、デバイスのパフォーマンスへの影響を心配することなく、Android の機能をすべて楽しむことができます。

仮想メモリの世界をさらに探索する

次の章では、仮想メモリのアプリケーションと利点について詳しく説明します。仮想メモリの効率を最大化して Android エクスペリエンスを向上させる方法を学びます。一緒に入りましょう！

仮想メモリのパフォーマンスに関する考慮事項

仮想メモリには利点と欠点があります

仮想メモリがシステム パフォーマンスに与える影響について聞いたことがあるかもしれません。これには多くの利点がありますが、パフォーマンス上の制限もあります。

ページフォルト

場合によっては、アプリケーションが仮想ページへのアクセスを要求することがありますが、その仮想ページは物理ページにマップされていません。この場合、ページフォルトが発生します。オペレーティング システムは zRAM またはストレージからデータを読み取る必要があるため、遅延が発生する可能性があります。

メモリ圧縮

zRAM は物理メモリの有効容量を増やすのに役立ちますが、データの圧縮と解凍が必要になるため、待ち時間も発生します。

プログラムが終了する

Low Memory Killer の積極的なメモリ管理により、バックグラウンド プログラムが途中で終了する可能性があり、これらのプログラムは最初から再起動する必要があるため、アプリケーションを切り替える際のユーザー エクスペリエンスに影響を与える可能性があります。

アダプティブメモリポリシー

現在のシステム使用状況とワークロードに基づいて動的に調整するインテリジェントなメモリ管理ポリシーを実装し、パフォーマンスとリソース使用率を最適化します。

これらの高速 SSD ドライブには依然として仮想メモリが必要ですか?

超高速 SSD ドライブと新しいストレージ テクノロジの出現により、仮想メモリの重要性がもはや必要なくなったと感じたことはありますか?実際、Android であろうと他のシステムであろうと、仮想メモリは依然として重要な機能です。高速な SSD ドライブと従来の RAM を組み合わせると、低速なハード ドライブよりも高速になりますが、RAM は SSD ドライブよりもはるかに高速です。

高速 SSD ドライブはセカンダリ ストレージのアクセス時間の待ち時間を短縮できますが、仮想メモリの必要性が完全に排除されるわけではありません。ページ フォールトが発生した場合に、セカンダリ ストレージからデータを取得するのに必要な時間を短縮できます。この場合、システムのパフォーマンスは向上しますが、それでも仮想メモリの必要性を置き換えることはできません。

高速なセカンダリ ストレージにより、スワップ パフォーマンスも向上し、システムの応答性が向上します。また、システムが RAM 用のリソースを解放する必要がある場合に、重要度の低いプログラムを SSD ドライブにオフロードできます。これにより、システムは作業をより迅速に完了できます。

Android の最高のスペック: 仮想メモリの秘密

Android の仮想メモリについてウェブで検索すると、デバイスで使用できる仮想メモリを制限したり、場合によっては仮想メモリをオフにしたりすることを提案する人に必ず出会うでしょう。ほとんどのユーザーにとって、Samsung の RAM Plus のようにメーカーが仮想メモリの実装に問題を抱えていない限り、仮想メモリを有効にしておくことが最良の選択肢です。こんな悩みも解決します。 Ram Plus のシャットダウンは一時的な解決策と考えてください。

仮想メモリの背後にある概念は半世紀以上存在しており、最新の実装は、パフォーマンスとマルチウィンドウ操作を最適化し、セキュリティと安定性を強化し、開発者にシンプルなプログラミング モデルを提供するように設計されています。仮想メモリによりプライマリ メモリ リソースが効率的に使用され、高速ソリッド ステート ドライブによりセカンダリ ストレージへのアクセスの待ち時間が短縮されます。以下にいくつかのガイドラインを示します。

• 仮想メモリにより、より多くのことが可能になります
• 仮想メモリがデバイスのリソースを消費することを心配する必要はありません
• いくつかの問題は存在しますが、メーカーはそれらを修正するために懸命に取り組んでいます