メモリ管理機能の一つで、使用されていないメモリ領域を自動的に解放する機能です。使用されていないメモリ領域とは、使用されたメモリ領域が解放されずにいる状態のガベージ(gabage)のことです。後述するメモリコンパクション(memory compaction)を含意した用語として使われることがあります。

プログラムレジスタ(program register)

プログラムカウンター(program counter)とも呼ばれます。これから解読して実行を行う命令が記憶されている、主記憶のアドレスを記憶しておくためのレジスタです。

フェールオーバ機能(fail over)

クラスタリングシステムで、ノード障害が起きたとkに信頼性を向上させる機能の一つです。障害ノードから大体のーどに切り替わった際には、アプリケーションの実行はそのまま継続されるため、利用者に気づかれずに済みます。

スプーリング(spooling)

低速の入出力装置へのデータ転送処理で、その処理を一時的に補助記憶装置などに蓄積してCPU処理と並列させて、スループットの向上を図ります。ちなみにスループット(through put)とは、コンピュータが単位時間あたりに処理することができる命令の総量のことです。

差分バックアップと増分バックアップの違いは？

差分バックアップは、フルバックアップ以降に更新されたデータの全てをバックアップすることです。一方、増分バックアップは前回行ったバックアップ以降に更新されたデータのみをバックアップすることです。

復元に関しては、フルバックアップの復元の後に、差分バックアップの復元を行います。

デュアルシステム(dual system)

高い信頼性が要求されるシステムに使われます。同じ処理を行うシステムを二重に用意し、一定時間ごとに処理結果を照合し、整合性を保ちます。

CDN(content delivery network)

webコンテンツにアクセスするユーザーに最も近い位置にあるサーバから効率的に配信する仕組みです。

フールプルーフ(fool proof)

人間がシステム操作を誤ったとしても、システムの信頼と安全性を保つという信頼性設計の考え方です。例として、乾電池を逆向きに入れても電気が流れない、などが挙げられます。似た用語として、フェールセーフ(fail safe)という考えがあります。これは、もしインシデントが発生したときでも安全にシステムが稼働するという考えです。例えば、事故が起きたときは周辺の信号が赤信号になり、2次被害を避けようという意図があります。

サーバーコンソリデーション(server consolidation)

複数のサーバを仮想化技術で統合させ、管理コストの削減を行うと同時に資源の効率的な運用を目指します。

WebSocket

HTML5においてサーバーとクライアント間で双方向通信を行うための通信規格です。通常のHTTP通信では、クライアントからリクエストがない限り、サーバーはクライアントに通信を送ることはできませんが、WebSocketでは持続的な通信が可能なソケットを作成し、いつでも双方向の通信が行えるようになります。

メモリインタリーブ(memory interleave)

主記憶を複数の独立したバンク(連続するアドレス領域)に分けて、各バンクに交互にアクセスすることで主記憶へのアクセスの見かけ上の高速化を図ります。

デュプレックスシステム(duplex system)

システムが部分的に故障しても、待機しているシステムに切り替えて処理を続行するシステムのことです。2系統のシステムの負荷が均等になるように処理を分散する方式である、負荷分散と区別をしておきましょう。

メモリの未使用領域の発生と対処について

OSが記憶領域の割り当てと解放を繰り返すことによって、メモリの細かい未使用領域が発生することがあります。この現象をフラグメンテーション(flagmentation)と呼びます。フラグメンテーションが悪化すると、ディスクの入出力動作が増加して、応答性能が悪化するので、データの格納状況を確認する必要があります。

こうした未使用領域は、ヒープ領域でできます。ヒープ(heap)領域は、使う時に確保し、使い終わったら解放するというメモリ領域なので、確保と解放を繰り返すと未使用領域が発生する場合があります。これに対してスタック(stuck)領域では、LIFO(last in farst out)方式をとっており、確保した順番と逆の順番で解放を行いますので、未使用領域は発生しません。

さて、これを解決する手段の一つとして、メモリコンパクション(memory compaction)というものがあります。これはフラグメンテーション等で断片化してしまったメモリの未使用領域を詰めて、大きな未使用領域を作成することです。

【補足】先ほど説明したスタックの実際の働きとしては、CPUに対する割り込み要求が発生した場合、割り込みが発生する直前まで実行していたプログラムのフラグやプログラムレジスタの値を対比させる場所として機能します。スタックポインタというのは、スタック最上段のデータを示すメモリのアドレスを保持しています。(積み重ねているイメージ)

TDMA方式(time division multiple access)

タイムスロット(伝送に用いる搬送周波数のこと)を割り当てられたノードだけが送信を行います。何が嬉しいかというと、同一周波数において複数の通信を可能にできるので、FDMA(freaquency division multiple access)よりも1つの周波数を効率よく使えます。

CSMA/CD方式(carrier sense multiple access with collision detection)

各ノードは伝送媒体が使用中かどうかを調べ、コリジョン(collision)(衝突)があるならランダムな時間の経過後に再送信する方式です。わかりやすくすると「通信状況を監視しつつ、回線が空いているようだったら通信を流すが、運悪く通信がぶつかったら、再度やり直します」という方式です。

ネットワーク層のルーティングと、データリンク層の処理

データリンク層の、レイヤ2スイッチ(layer 2 switch)とブリッジ(bridge)の違いについてご説明します。

役割としては同じで、データリンク層でのネットワークの中継機であり、パケットのMACアドレスに基づいて該当するLANポートだけにデータを中継します。ただ、前者はハードウェア主体で処理を行うのに対して、後者はソフトウェア主体で処理を行います。また、ポート数はレイヤ2スイッチの方が多いです。

次にネットワーク層の、レイヤ3スイッチ(layer 3 switch)とルーター(rooter)についてご説明します。

役割としては同じで、IPアドレスに基づいてデータの転送先の決定を行うルーティング機能を持っているだけです。ただ、前者はハードウェアによりルーティングを実現しますが、後者は、ソフトウェアでルーティングを実現します。

キャッシュ(cash)

聞き馴染みはあると思います。Webサーバの基本的な機能の一つで、利用されたコンテンツを保持しておく機能です。同じ人tに頻繁に利用されるコンテンツであれば、ストレージサーバから逐一転送するのではなく、コンテンツをwebサーバにキャッシュして配信すれば、転送量も少なくなるし、表示も早く、顧客の満足につながります。Cookieと混同されがちです。

リエントラント(reentrant)

複数のプロセスから同時に呼び出された時に、プログラムが実行中であっても、互いに干渉することなく並行して同一プログラムの実行が可能な性質です。多重に実行されても大丈夫というわけです。似た言葉として、リロケータブル(relocatable)がありますが、これは主記憶上のどこにアドレスを配置しても実行が可能な性質のことを指します。

パリティ(parity)

誤り検出の際に用いられる冗長コードのことです。

ここでパリティとRaidの関係について補足します。Raid6はRaid5のパリティ部分を拡張することで、信頼性を高めています(ただし、性能は上がりません)。Raid5ではディスク1台分のパリティを持つので、Raid6は2つ分ですね。パリティ部分にはデータを保存できないので、n台構成のRaidならRaid5はn-1台のデータ容量、Raid6はn-2台のデータ容量になります。

ライトスルー方式(right through)

キャッシュメモリの書き込み命令を実行したときに、メモリと主記憶の両方を書き換える方式のことです。主記憶への書き込みが完了するまで待つため、処理速度が低下する欠点があります。一方で、「主記憶への書き換えはキャッシュメモリから当該データが追い出されるときに行う方式」をライトバック方式と呼びます。書き込みをいっぺんに行うか、順番に行うかです。

ライトスルー方式：処理速度は遅いが、主記憶のデータは常に最新

ライトバック方式：処理速度が早いが、書き戻す必要がある。

VLIW(very long instruction word)

プロセッサ高速技術の一つで、同時に実行できる複数の命令に対して一つの複合命令として命令セットを割り当て、まとめて実行できるようにする方法です。複数の命令を実行するわけではないので、パイプラインに入った命令の依存関係を分析しなくて良いので、動作を高速にできるというわけです。

クラスタソフトウェア(cluster software)

仮想サーバの冗長化設計に使います。複数コンピュータを連携して信頼性を高める構成のことです。OS、アプリケーションおよび、ハードウェアの障害に対応し、障害時に障害が発生していないサーバに自動的に処理を引き継ぐので、切り替え時間の短い安定した運用が求められる場合に有効です。

動的リンキング

プログラムの実行中に必要になった時点でモジュールをロードすることです。これに対して、プログラムの実行中に主記憶内でモジュールの格納位置を移動させることを動的再配置と言います。

MMU(memory management unit)

CPUが要求するメモリアクセスに対して仮想アドレスから物理アドレスへの変換を行うハードウェアで、バスの調停やメモリの保護、キャッシュの制御等を行います。OSはMMUを使ってページの割り当てを変更し、ページテーブルを更新してCPUが要求するページへのアクセスを可能にします。

セキュリティやネットワークなど、範囲を横断して確認したい方は【忙しい人のための】基本情報・応用情報の午前チートシート|総集編をご覧ください。

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