パソコンやスマートフォンを動作させるのにCPUと並んで不可欠な要素の一つにメモリがあります。
プログラミング初心者向けに、プログラムと関係性の高いパソコンなどのコンピューターおける「メモリ」とは何かについて、分かりやすく解説いたします！ なお、この記事は未経験者向け無料プログラミングスクール「アキバ・テックドリーム・アカデミー[…]
メモリを管理することで、コンピュータの本来持っている性能をより引き出すことにつながります。
この記事では、プログラミング初心者に向けて、メモリ管理とは何かについて解説いたします！
なお、この記事は未経験者向け無料プログラミングスクール「アキバ・テックドリーム・アカデミー」（以下、テクドリ）の運営企業である、メディアファイブ株式会社（以下、メディアファイブ）に所属している現役のITエンジニア社員が執筆しました。
メモリ管理とは
メモリ管理とは、簡単に言うと使用するメモリの割り当てや、使わなくなったメモリを解放することを指します。
パソコンやスマートフォンで作業する際、プログラムやアプリケーションなどの各プロセスは、動作に必要なメモリを要求します。
この要求に応じて、OSがプロセスごとに必要なメモリを割り当て、プロセスが終了すると使用しなくなったメモリを解放し、再利用できる状態に戻します。
このように、OSがメモリの利用状況を管理・制御する仕組みを、一般的に「メモリ管理」と呼びます。
メモリの再配置
メモリは、割り当てと解放を繰り返す中で空き領域と使用領域ができ断片的になることがあります。
このままでは、容量の少ない空き領域が点在しているため大きな領域を必要とする処理を行うことができませんが、空き領域を整理することで大きなメモリ領域を必要とする処理が行えるようになります。
例えば、1024KBの領域が必要な処理を実行したいが、連続した領域が空いていない場合を元に解説します。
以下の図のようにメモリ管理を実行しメモリを再配置したことで、1024KBの連続した未使用領域が存在するため処理が可能になります。
OSによるメモリ管理
OSは「メモリ管理」を行うために、メモリのアドレスや容量を詳細に管理しています。
たとえば、YouTubeを視聴しながらExcelで資料を作成するといった、複数のプロセスが並行して動作する状況があるとします。この場合、プロセスごとに使用するメモリのアドレスが重複しないように管理する必要があります。また、各プロセスのCPU使用状況に応じて、必要なメモリ量を動的に調整する役割も果たします。
OSがメモリを自動的に管理してくれるため、ユーザーが直接操作する必要はありませんが、設定によってメモリ使用量を調整することも可能です。
ただし、メモリの容量には限りがあります。一度に大量のアプリケーションを起動すると、メモリが不足し、パソコンやスマートフォンの動作が遅くなる原因となるため、注意が必要です。
プログラミングにおけるメモリ管理
ここからは、プログラミングにおけるメモリ管理について説明します。
プログラミングにおいてのメモリ管理は、非常に重要な要素の一つです。メモリの割り当て（確保）や解放といった基本的な考え方は、OSのメモリ管理とほぼ同じです。
最近のプログラミング言語では、メモリを自動的に解放してくれる仕組みなどが導入されているため、単純な画面や処理であればメモリ管理を意識する必要はほとんどありません。
しかし、複雑な処理や高速な処理が求められる場合、または大量のデータを扱うプログラムでは、メモリ管理を意識して設計・実装しないとメモリ不足が発生する可能性があります。これにより、メモリリークやOut Of Memory（OOM）エラーといった障害が発生し、システム全体の安定性が損なわれる原因となります。
メモリ管理で意識すること
プログラミングでメモリ管理を意識するとは、具体的に何を指すのでしょうか。
最も分かりやすい例として挙げられるのが変数の利用です。変数を利用する際には、宣言した型に基づいてメモリが確保されます。
よって、大量のデータを扱う場合や、同じ変数を繰り返し利用する場合には、下記の点を意識する必要があります。
- 変数に適切な型を使用できているか
- 使用しなくなった変数が適切なタイミングでメモリから解放されるか
メモリ管理の方法
前項で紹介した方法以外に、ITエンジニアがメモリ管理をする方法の一例として、以下のようなものがあります。
- ガベージコレクション
- 使用可能なメモリ領域の増設
ガベージコレクション
ガベージコレクションと呼ばれるプログラムがデータの保存領域を自動で解放し、再利用可能にする仕組みによってメモリ管理をします。
これにより、プログラマがメモリ使用状況を気にせずに済むため、ソフトウェアの開発が簡単になります。
使用可能なメモリ領域の増設
メモリの増設もメモリ管理の一環として有効です。
ハードディスクなどの仮想記憶装置を使用することで、メインのメモリと組み合わせて、実質的に利用可能なメモリ量を増大させることができます。
メモリ管理する際の注意点
メモリ管理の際に起こる問題として、よく挙げられるものに下記があります。
- メモリリーク
- 二重解放
これらは、手動でメモリ管理をするときに発生しやすいため注意が必要です。
メモリリーク
メモリリークとは、確保したメモリ領域の解放を忘れ、使わなくなったメモリ領域を開放せずに保持し続けることで、全体的に使用できるメモリの空き領域が減少していく現象を指します。
二重解放
二重解放とは、一度解放したメモリ領域に対して再度解放を行うことを指します。二重解放をすると、解放後に他の処理が使用している領域を再度解放してしまい、他の処理に悪影響を与える可能性があります。
さらに、二重解放によってメモリの破損が起こることもあります。
メモリ管理のまとめ
メモリ管理について解説いたしました。
- メモリ管理とは、簡単に言うと使用するメモリの割り当てや、使わなくなったメモリを解放することを指す。
- プログラミングにおいて、メモリ管理を意識して設計・実装しないと、メモリ不足が発生しシステム全体の安定性が損なわれる場合がある。
- メモリ管理の方法として「ソフトウェア開発の簡単化」「使用可能なメモリ領域の増設が可能」がある。
- メモリ管理する際の注意点として「メモリリーク」「二重解放」がある。
最近はCPUやメモリの性能も上がっており、メモリ管理を意識しなくても、よほどのことがない限り問題は起きません。
ですが、メモリ管理を意識することは、パソコンやスマートフォンの動作、プログラムやアプリケーションの性能や安定性に大きく影響します。
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