知識マップ: Windowsメモリの深層(第1回) ── 仮想アドレスが物理RAMに変わる瞬間:ページフォルトの一部始終

記事「Windowsメモリの深層(第1回) ── 仮想アドレスが物理RAMに変わる瞬間:ページフォルトの一部始終」の主張を、概念と関係(エッジ)に分解した知識グラフの全体です。各関係には根拠・確認日・確度が付いています。

Reserveは仮想アドレス範囲を確保するだけ、Commitは将来その内容を保持できるという約束としてコミット料金を課すだけで、物理ページが結び付くのは最初のアクセスで起きるページフォルトの時点です。この判断にはVADという範囲の台帳、仮想ページごとのPTE、物理ページを追うPFNデータベースが使われ、VADが見つかっただけでは解決できるとは限りません。TLBミスとページフォルトは別物で、変換がキャッシュ済みでも読み取り専用ページへの書き込みのような保護違反はフォルトの入口へ進みます。バックストアを読まずに解決できるのがソフトフォルト、読む必要があるのがハードフォルトで、読み取り元はページファイルに限らずメモリマップトファイルやイメージも含みます。Page Faults/secが跳ねてもPages Input/secが増えていなければ、ディスクは詰まっていません。

flowchart LR
    accTitle: Windowsのページフォルトと仮想メモリ実体化の知識マップ
    accDescr: Reserve・Commit・Touchが別の出来事であること、VADとPTEとTLBという3つの台帳の役割分担、デマンドゼロによるソフトフォルトとバックストアを読むハードフォルトの違い、解決できないフォルトがアクセス違反になる流れ、VMMapとカウンターによる観測を示す図
    page_fault["ページフォールト"]
    memory_commit["Commit(MEM_COMMIT)"]
    memory_reserve["Reserve(MEM_RESERVE)"]
    commit_limit["Commit LimitとCommit Total"]
    vad["VAD(Virtual Address Descriptor)"]
    vmmap["VMMap"]
    page_table_entry["ページテーブルとPTE"]
    translation_lookaside_buffer["TLB(Translation Lookaside Buffer)"]
    demand_zero_fault["デマンドゼロフォルト"]
    soft_page_fault["ソフトページフォールト"]
    working_set["Working Set"]
    hard_page_fault["ハードページフォールト"]
    pages_input_per_sec["Memory\Pages Input/sec"]
    etw_hardfault_event["ETWのHardFaultイベント"]
    status_access_violation["STATUS_ACCESS_VIOLATION(0xC0000005)"]
    guard_page["ガードページ(PAGE_GUARD)"]
    memory_reserve -->|"より先に行うべき"| memory_commit
    memory_commit -->|"前提とする"| commit_limit
    memory_commit -->|"原因になり得る"| page_fault
    vad -->|"で確認できる"| vmmap
    page_fault -->|"前提とする"| vad
    page_fault -->|"前提とする"| page_table_entry
    translation_lookaside_buffer -->|"利用する"| page_table_entry
    demand_zero_fault -->|"実装を担う"| soft_page_fault
    demand_zero_fault -->|"原因になり得る"| working_set
    hard_page_fault -->|"原因になり得る"| pages_input_per_sec
    hard_page_fault -->|"で確認できる"| etw_hardfault_event
    page_fault -->|"原因になり得る"| status_access_violation
    guard_page -->|"原因になり得る"| page_fault
    working_set -->|"用いるのは非推奨"| memory_commit

概念間の関係(全14件)

図と同じ関係を文章でも列挙します。表示している文と機械可読な意味データ(RDFa)は同じ要素に載っています。確度が「確立した関係」のものは直接の関係として、「条件付きの関係」のものは成立条件つきの言明(rdf:Statement)として表現しています。

• Reserve(MEM_RESERVE)はCommit(MEM_COMMIT)より先に行うべきです。MEM_RESERVEは物理ストレージを割り当てずに仮想アドレス範囲を予約するだけで、64bitプロセスでは大きな範囲を先に予約し、必要な部分だけ後からCommitする設計が現実的になる。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• Commit(MEM_COMMIT)はCommit LimitとCommit Totalを前提とします。Commitはシステム全体のメモリとページファイルに対するコミット料金を課す。CommitTotalが現在のCommitページ数、CommitLimitがページファイルを拡張せずにCommitできる上限で、約束を引き受けられない場合はCommitの時点で失敗を返せる。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典 出典
• Commit(MEM_COMMIT)はページフォールトの原因になることがあります。Commit済みページの初期内容はゼロであることが保証される一方、実際の物理ページは仮想アドレスへアクセスされるまで割り当てられない。初回アクセスがページフォルトの入口になる。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• VAD(Virtual Address Descriptor)はVMMapで確認できます。VMMapはCommit済み仮想メモリを種類別に分解し、予約済み仮想メモリ・Commit・Working Set・Private・Shareableと詳細なアドレスマップを表示する。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• ページフォールトはVAD(Virtual Address Descriptor)を前提とします。メモリマネージャーは、開始・終了VPN、Commit、Private/Mapped、保護属性、Control Areaを持つVADを調べて、そのアクセスを続行できるかを判断する。WinDbgの!vadでこの内容を確認できる。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• ページフォールトはページテーブルとPTEを前提とします。VADが見つかってもCommitされていない・PAGE_NOACCESSである・読み取り専用ページへ書き込んだといった場合は解決できず、逆にPTEが無効でもソフトウェア状態から正当なアクセスと分かればデマンドゼロやページインとして解決できる。VAD・PTE・保護属性・アクセス種別を合わせて判定する。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典 出典
• TLB(Translation Lookaside Buffer)はページテーブルとPTEを利用します。TLBは有効なPTEの変換結果をキャッシュし、ヒットしてアクセスがその保護に適合すればページテーブルをたどらずに続行できる。TLBに変換がないだけでPTEが有効ならページテーブルウォークだけで処理は終わるのでTLBミスとページフォルトは別物であり、逆に保護のチェックは変換がTLBから来た場合にも行われるため、キャッシュ済みでも読み取り専用ページへの書き込みなどの保護違反はフォルトの入口へ進む。Copy-on-Writeページへの書き込みが変換キャッシュ済みでもフォルトできるのはこのためである。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• デマンドゼロフォルトはソフトページフォールトの実装を担います。割り当て済み仮想ページをプロセスが初めて参照する場合が、ソフトフォルトの代表例として挙げられている。元データをディスクから読む必要がなく、初期内容はゼロで、他プロセスのデータを漏らさないために新規に渡すページはゼロでなければならない。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• デマンドゼロフォルトはWorking Setの原因になることがあります。解決したページはPTEへ結ばれ、物理ページがActiveになってプロセスのWorking Setへ加えられる。累積のPage Fault Countも増える。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• ハードページフォールトはMemory\Pages Input/secの原因になることがあります。Memory\Pages Input/secは、ハードページフォルトを解決するためにディスクから読み込まれたページ数である。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• ハードページフォールトはETWのHardFaultイベントで確認できます。ETWのHardFaultイベントはFileObject・ReadOffset・ByteCount・VirtualAddress・スレッドIDを含み、実際の読み取り元を追跡できる。読み取り元はページファイルだけでなく、メモリマップトファイル、EXEやDLLのイメージ、ファイルキャッシュが参照するデータファイルにもなる。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-22 出典
• ページフォールトはSTATUS_ACCESS_VIOLATION(0xC0000005)の原因になることがあります。VADとPTEを調べても正当な割り当て・ページイン・Copy-on-Writeとして解決できないフォルトは、ユーザーモードへ例外として届く。0xC0000005は無効なメモリアドレスの読み取り・書き込み・実行で発生し、例外パラメーターがアクセス種別と違反アドレスを示す。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• ガードページ(PAGE_GUARD)はページフォールトの原因になることがあります。PAGE_GUARDはページアクセスのワンショット通知を提供し、触れるとSTATUS_GUARD_PAGE_VIOLATIONが発生する。ETWのページフォルトイベントもGuard Page Faultを別種として記録する。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典 出典
• Working SetをCommit(MEM_COMMIT)に用いることは推奨されません。Working Setから外してもCommitや所有権は解放されず、ページはStandbyやModifiedへ移って後でフォルトして戻ってくるだけである。リークを直すには割り当て元がVirtualFreeやヒープ解放を行う必要がある。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典 出典

主要概念の定義

ページフォールト

必要なページがメモリになく取りに行くことになる現象。ホットパスで起きると遅延が一気に大きくなる。VirtualLockでロックした領域はページアウトされずページフォールトを避けられる。

Commit(MEM_COMMIT)

システム全体のメモリとページファイルに対するコミット料金を課し、将来その内容をRAMまたはバックストアで保持できると約束する操作。

Reserve(MEM_RESERVE)

物理ストレージを割り当てずに仮想アドレス範囲だけを予約する操作。

VAD(Virtual Address Descriptor)

プロセスの利用中アドレス範囲を木として管理する台帳。開始・終了VPN、Commit、Private/Mapped、保護属性、Control Areaなどを持つ。

TLB(Translation Lookaside Buffer)

CPUが最近のアドレス変換結果をキャッシュする機構。TLBミスとページフォルトは別物である。

デマンドゼロフォルト

Commit済みプライベートページへ初めて触れたときに、ゼロ化済みの物理ページを結び付けて解決するソフトフォルト。

ハードページフォールト

必要なページをページファイル、実行ファイル、DLL、メモリマップトファイルなどの裏付けストアから読み込んで解決するページフォールト。

ガードページ(PAGE_GUARD)

ページへのアクセスをワンショットで通知する保護属性。触れるとSTATUS_GUARD_PAGE_VIOLATIONが発生する。

Working Set

プロセスが現在RAMに常駐させている仮想ページの集合。

機械可読データ

• JSON-LD / Turtle ── この記事の知識グラフ全体
• 概念一覧 / 語彙(述語)の定義

このデータセットについて

作成

合同会社小村ソフト

ライセンス

CC BY 4.0 ── 出典(合同会社小村ソフト)とライセンスへのリンクを明示し、改変した場合はその旨を示すことを条件に、再配布・改変を含めて再利用できます

最終確認日

2026-08-22 ── 収録する関係のうち、最後に出典と照合した日

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