知識マップ: Windowsメモリの深層(第3回) ── セクションオブジェクトとコピーオンライト:DLLとファイルマッピングの正体

記事「Windowsメモリの深層(第3回) ── セクションオブジェクトとコピーオンライト:DLLとファイルマッピングの正体」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。

セクションオブジェクトは共有できるメモリの区画を表し、各プロセスはその一部をビューとして自分の仮想空間へマップします。共有されるのは仮想アドレスではなくセクション内の内容なので、同じオフセットをマップしてもビューの開始アドレスはプロセスごとに異なり得ます。だから共有構造に生ポインターを保存してはいけません。セクションはファイルバックとページファイルバックに分かれ、EXEやDLLのロードはSEC_IMAGEのイメージマッピング、通常のファイルはデータマッピングになります。読み取り中は同じ物理ページを共有し、CoWページへの書き込みで保護フォルトが起きた時点でそのページだけをコピーして書き手のPTEを差し替えます。CoW後もVirtualQueryのTypeはMEM_MAPPED/MEM_IMAGEのままなので、私有化の確認にはQueryWorkingSetExのSharedビットを使います。

flowchart LR
    accTitle: セクションオブジェクトとコピーオンライトの知識マップ
    accDescr: セクションオブジェクトとビューの分離、ファイルバックとページファイルバックの違い、イメージマッピングとデータマッピングの区別、CoWで書き込み時に物理ページが分岐する流れ、CoW後もMEM_MAPPED/MEM_IMAGEのままであること、SECTION_OBJECT_POINTERSが分ける3経路を示す図
    section_object["セクションオブジェクト"]
    copy_on_write["コピーオンライト(CoW)"]
    section_view["ビュー(セクションのマップ)"]
    page_fault["ページフォールト"]
    raw_pointer_sharing["生ポインターの共有"]
    file_backed_section["ファイルバックセクション"]
    standby_page_list["Standbyリスト"]
    pagefile_backed_section["ページファイルバックセクション"]
    shared_mutable_state["共有可変状態"]
    image_section["イメージマッピング(SEC_IMAGE)"]
    data_section["データマッピング"]
    page_table_entry["ページテーブルとPTE"]
    file_map_write["FILE_MAP_WRITE(共有書き込み)"]
    queryworkingsetex_shared["QueryWorkingSetExのSharedビット"]
    memory_commit["Commit(MEM_COMMIT)"]
    vmmap["VMMap"]
    process_explorer["Process Explorer"]
    section_object_pointers["SECTION_OBJECT_POINTERS"]
    cache_manager["キャッシュマネージャー"]
    section_object -->|"利用する"| section_view
    section_view -->|"原因になり得る"| page_fault
    raw_pointer_sharing -->|"両立しない"| section_view
    file_backed_section -->|"実装を担う"| section_object
    file_backed_section -->|"原因になり得る"| standby_page_list
    pagefile_backed_section -->|"実装を担う"| section_object
    pagefile_backed_section -.->|"原因になり得る"| shared_mutable_state
    image_section -->|"実装を担う"| section_object
    data_section -->|"実装を担う"| section_object
    image_section -.->|"利用する"| copy_on_write
    copy_on_write -->|"原因になり得る"| page_fault
    copy_on_write -->|"利用する"| page_table_entry
    file_map_write -->|"両立しない"| copy_on_write
    copy_on_write -->|"で確認できる"| queryworkingsetex_shared
    copy_on_write -->|"前提とする"| memory_commit
    copy_on_write -->|"で確認できる"| vmmap
    section_object -->|"で確認できる"| process_explorer
    section_object_pointers -->|"実装を担う"| section_object
    cache_manager -->|"利用する"| section_object_pointers

概念間の関係(全19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。

• セクションオブジェクトはビュー(セクションのマップ)を利用します。セクションオブジェクトは共有する内容・サイズ・バックストア・保護の上限を表し、ビューはその一部をあるプロセスの仮想アドレス範囲へ見せる。CreateFileMappingを呼んだだけでは、まだプロセスから読めるアドレスは得られない。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典 出典
• ビュー(セクションのマップ)はページフォールトの原因になることがあります。ビューを作っても全ページが直ちにRAMへ入るわけではなく、最初に触れたページからページフォルトでファイル内容を読み込んでPTEへ物理ページを結んでいく。デマンドページングはセクションビューにもそのまま適用される。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-22 出典
• 生ポインターの共有はビュー(セクションのマップ)と両立しません。プロセスAとBが同じセクションの同じオフセットをマップしてもビューの開始アドレスは異なり得るため、共有構造に生ポインターを保存してはいけない。同じアドレスが将来も利用できる保証はないので、ポインターではなくベースからのオフセットを保存する。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-22 出典 出典
• ファイルバックセクションはセクションオブジェクトの実装を担います。実ファイルをCreateFileMappingへ渡すとファイルバックセクションになる。読み取り専用ビューは必要なページをファイルから読み、読み書きビューの変更はそのファイルのデータとして扱われる。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• ファイルバックセクションはStandbyリストの原因になることがあります。ファイルバックページがcleanなら、物理ページを捨てても元ファイルから再読込できる。この性質がStandbyとファイルキャッシュの効率を支えている。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• ページファイルバックセクションはセクションオブジェクトの実装を担います。CreateFileMappingのhFileにINVALID_HANDLE_VALUEを渡してサイズを指定すると、明示的なデータファイルを持たずページファイルで支えられるセクションになる。初期内容はゼロで、名前・ハンドル継承・DuplicateHandleを通じて複数プロセスが同じオブジェクトを開ける。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典 出典
• ページファイルバックセクションは共有可変状態の原因になることがあります。セクションを複数プロセスで書き込み可能に共有すると共有可変状態が生まれるが、排他制御が自動で付くわけではなく、mutex・semaphore・event・lock-freeプロトコルなどを別途設計する必要がある。セクションオブジェクトが破棄されれば内容も残らないため、永続ファイルとして残す用途にも向かない。 / 確度: 条件付きの関係 / 確認日: 2026-08-22 出典 出典
• イメージマッピング(SEC_IMAGE)はセクションオブジェクトの実装を担います。SEC_IMAGEでは、CreateFileMappingへ渡した通常の保護値よりも実行イメージ自身のセクション属性がビューのページ保護を決める。VirtualQueryのTypeはMEM_IMAGEになる。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• データマッピングはセクションオブジェクトの実装を担います。通常ファイルや共有データのマッピングでは、ページ保護はマッピングとビューの指定が決め、VirtualQueryのTypeはMEM_MAPPEDになる。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• イメージマッピング(SEC_IMAGE)はコピーオンライト(CoW)を利用します。コードのような変更されないページは多数のプロセスで同じ物理ページを共有でき、プロセス固有の変更が必要なページだけがCoWで分岐する。ただしASLRによる再配置やローダーの修正、実際のPEセクション属性により、すべてのDLLページが必ず共有されるわけではない。 / 確度: 条件付きの関係 / 確認日: 2026-08-20 出典 出典
• コピーオンライト(CoW)はページフォールトの原因になることがあります。CoWページは通常の共有書き込み可能ページにはなっていないため、書き込もうとするとCPUが保護フォルトを発生させる。メモリマネージャーはこれを違法な書き込みではなくCoW属性への書き込みだと判定する。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• コピーオンライト(CoW)はページテーブルとPTEを利用します。判定を受けて、書き手用の物理ページを1枚得て元ページの内容をコピーし、書き手のPTEを新しい物理ページへ差し替えて保護を通常の読み書きへ変え、失敗した命令を再実行させる。もう一方のプロセスは元の内容を読み続ける。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• FILE_MAP_WRITE(共有書き込み)はコピーオンライト(CoW)と両立しません。FILE_MAP_WRITEの共有書き込みは片方の変更が同じファイルマッピングを使う別ビューからも見える設計で、FILE_MAP_COPYでは書いたページだけがプロセス固有になり、変更は元ファイルへ戻らずビューを外すと失われる。目的によって選択が正反対になる。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• コピーオンライト(CoW)はQueryWorkingSetExのSharedビットで確認できます。CoW後もVirtualQueryのTypeはデータビューならMEM_MAPPED、実行イメージならMEM_IMAGEのままで、その領域がどの初期割り当てに由来するかを報告する。ページ単位の私有化はQueryWorkingSetExのSharedビットが0かどうかで確認する。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• コピーオンライト(CoW)はCommit(MEM_COMMIT)を前提とします。FILE_MAP_COPYでは将来ビュー内の全ページへ書く可能性があるため、マップした時点でビュー全体に相当するCommit chargeを取る。最初の1ページへ書いた瞬間にPrivate Bytesが増えるとは限らないので、Private Bytesだけを合否判定にすると正しく動いているCoWを見落とす。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• コピーオンライト(CoW)はVMMapで確認できます。VMMapはプロセスの仮想メモリをImage・Mapped File・Privateなどに分解し、Working SetのPrivate/Shareable内訳を表示する。領域のTypeだけでなくこの内訳を見る。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• セクションオブジェクトはProcess Explorerで確認できます。Process Explorerはプロセスのハンドルやロード済みDLL・メモリマップトファイルを表示できるため、同じセクションを複数プロセスが開いている状態を確認できる。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• SECTION_OBJECT_POINTERSはセクションオブジェクトの実装を担います。ファイルストリームのSECTION_OBJECT_POINTERSは、DataSectionObjectがデータファイルのセクション状態、SharedCacheMapがCache Managerの追うキャッシュビュー、ImageSectionObjectが実行イメージのセクション状態を指し、ファイルオブジェクトをファイルストリームのセクションへ結ぶ。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典
• キャッシュマネージャーはSECTION_OBJECT_POINTERSを利用します。SECTION_OBJECT_POINTERSのうちSharedCacheMapが、Cache Managerの追うキャッシュビューを指す。3つのポインターは同じファイルストリームに結び付くが経路は分かれており、ImageSectionObjectが表すイメージフォルトの経路はCache Managerを通らない。 / 確度: 確立した関係 / 確認日: 2026-08-20 出典

主要概念の定義

セクションオブジェクト

共有できるメモリの区画を表し、ファイルをプロセスのアドレス空間へマップする機構でもあるカーネルオブジェクト。

コピーオンライト(CoW)

複数プロセスが同じ物理ページを共有し、書き込みが起きたページだけを新しい物理ページへコピーして書き手のPTEを差し替える仕組み。

ビュー(セクションのマップ)

セクションの一部を、あるプロセスの仮想アドレス範囲へ見せたもの。開始アドレスはプロセスごとに異なり得る。

生ポインターの共有

共有メモリ上の構造体にプロセス内の仮想アドレスをそのまま保存して他プロセスに使わせること。ビューのマップ先アドレスは一致する保証がないため壊れる。

ファイルバックセクション

実ファイルを内容の復元元とするセクション。cleanなページは物理ページを捨てても元ファイルから再読込できる。

ページファイルバックセクション

明示的なデータファイルを持たず、ページファイルで支えられるセクション。CreateFileMappingのhFileにINVALID_HANDLE_VALUEを渡して作る。

イメージマッピング(SEC_IMAGE)

EXEやDLLをロードするためのセクション。ページ保護はPEイメージ自身のセクション属性が決め、VirtualQueryのTypeはMEM_IMAGEになる。

データマッピング

通常ファイルや共有データのためのセクション。ページ保護はマッピングとビューの指定が決め、VirtualQueryのTypeはMEM_MAPPEDになる。

FILE_MAP_WRITE(共有書き込み)

同じファイルマッピングを使う別のビューからも変更が見える、共有書き込みのビュー種別。

SECTION_OBJECT_POINTERS

ファイルオブジェクトをファイルストリームのセクションへ結び、DataSectionObject・SharedCacheMap・ImageSectionObjectでメモリ上の内容とキャッシュ情報を追う構造。

キャッシュマネージャー

ファイルデータをメモリ上のシステムキャッシュに保持し、読み書きの多くをディスクI/Oなしで処理させるWindowsカーネルのコンポーネント。ファストI/Oの近道もこのキャッシュを直接利用する。

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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