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公開：2025-04-13

アドレス空間とは？意味をわかりやすく簡単に解説

text: XEXEQ編集部

アドレス空間とは

アドレス空間とは、コンピュータシステムにおいてプロセスやアプリケーションが利用できるメモリアドレスの集合を指します。物理メモリとは異なり、オペレーティングシステムによって仮想的に管理される論理的な空間であり、各プロセスは独自のアドレス空間を持つことによって他のプロセスから隔離されています。このような仕組みにより、プログラムは他のプロセスのメモリ領域を誤って上書きしてしまうリスクを軽減できるのです。

アドレス空間には物理アドレス空間と仮想アドレス空間の2種類が存在します。物理アドレス空間は実際のハードウェアメモリ（RAM）の位置を示すのに対し、仮想アドレス空間はプロセスから見える論理的なメモリ空間を指しています。メモリ管理ユニット（MMU）がこれらのアドレス変換を担当し、仮想アドレスを物理アドレスにマッピングすることによって、限られた物理メモリを効率的に活用できるようになっているのです。

現代のオペレーティングシステムでは、32ビットアーキテクチャでは最大4GBまで、64ビットアーキテクチャでは理論上は16エクサバイト（約1800京バイト）という膨大なアドレス空間を扱うことが可能です。この広大なアドレス空間はカーネル空間とユーザー空間に分割され、システム保護のために厳格に管理されています。特に仮想メモリシステムではページングやスワッピングといった技術を用いて、物理メモリの制約を超えた大きなアドレス空間をプロセスに提供することができるでしょう。

アドレス空間の種類と管理手法

「アドレス空間の種類と管理手法」に関して、以下を解説していきます。

• 物理アドレス空間と仮想アドレス空間の比較
• アドレス空間管理における保護機構

物理アドレス空間と仮想アドレス空間の比較

物理アドレス空間はコンピュータのハードウェアに実装されたメモリチップ上の実際の位置を示すアドレスの集合です。これは実際に存在するRAMの容量に制限され、システム内の全プロセスで共有されるため、直接管理することは複雑かつリスクを伴います。一方で仮想アドレス空間は各プロセスに提供される論理的なメモリ空間であり、物理メモリの制約から解放されて連続した広大なアドレス範囲をプロセスに提供することができるのです。

仮想アドレス空間の最大の利点は、プロセスが独立した専用のアドレス空間を持つことによってメモリ保護が実現される点にあります。プロセスは他のプロセスのアドレス空間にアクセスできないため、システム全体の安定性が向上するでしょう。さらに仮想アドレス空間によって物理メモリの断片化問題も軽減され、ページングやセグメンテーションといった技術と組み合わせることで効率的なメモリ管理が可能になっています。

アドレス空間管理における保護機構

アドレス空間管理における保護機構は、システムの安全性と安定性を確保するための重要な要素です。オペレーティングシステムは各プロセスのアドレス空間に対して読み取り、書き込み、実行の権限を細かく設定し、不正なメモリアクセスを防止しています。特に重要なのがリングプロテクションやページレベル保護といった階層的な保護メカニズムで、カーネル空間とユーザー空間を厳密に分離することによってシステムの核心部分を保護することができます。

メモリ保護機構の実装方法としては、ハードウェアレベルでのMMUによる保護とソフトウェアレベルでのオペレーティングシステムによる監視が組み合わされています。ページテーブルエントリには保護ビットが設定され、アクセス権限の違反が検出されるとページフォルト例外が発生して不正なメモリ操作を防止するでしょう。このような多層的な保護機構によって、悪意のあるプログラムや誤動作するプログラムからシステム全体を守ることが可能になっています。

※上記コンテンツはAIで確認しておりますが、間違い等ある場合はコメントよりご連絡いただけますと幸いです。

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