SP1までわかる！Windows Server 2008 R2入門 第3回

スケジューリングには新機能

Windows Server 2008 R2はメモリ管理も強化

前回は、Windows Server 2008 R2のカーネル周りの新機能として、最大256コアにも対応するマルチプロセッササポートの強化を紹介した。続いては、メモリ関連、そしてアプリケーションのスケジューリングに関する新機能を見ていこう。

メモリ管理の強化

　Windows Server 2008 R2では、メモリ管理の仕組みが改善されている。従来、OSが割り当てる物理メモリ（ワーキングセット）は、システム領域を一括して割り当てていた（図1）。これが、Windows Server 2008 R2からは用途別に分割されたのだ。

図1　ワーキングセットの割り当て

　これにより、大きなファイルをコピーするときにキャッシュサイズが肥大化し、システムコード領域が圧迫されてページアウトしてしまう事態を防げるようになった（図2）。また、デスクトップウィンドウマネージャーのメモリ使用量を50％削減し、GUIのオーバーヘッドを低減している。

図2　システムキャッシュの肥大化

　さらにメモリ使用量を下げたい場合は、Server Coreとしてインストールすることも可能だ（画面1）。Server CoreはWindows Server 2008からサポートされているインストール形態で、エクスプローラーやリッチなウィンドウシステムを持たない。完全なコマンドオンリーの環境ではなく、コマンドプロンプトは複数開け、メモ帳や「レジストリエディター」など一部のアプリケーションはウィンドウで使える。しかし、基本的にはすべての管理操作をコマンドで行なう。

画面1　簡易的なGUIのみを持つServer Core。マイクロソフトのシステム要件によれば、最小メモリ容量は512MBだ

　ほかに、Windows Server 2008のServer Coreでは、.NET Frameworkが使えないためASP.NETやPowerShellが動作しなかった。だが、Windows Server 2008 R2からはこうした問題は解決されている。Server Coreのメモリ消費量は、フルインストールの半分と考えればよいだろう。利用可能なコンポーネントが少ないぶん、セキュリティ修正の個数もざっと半分である。

メモリ割り当ても改善

　Windows Server 2008 R2では、メモリ使用量だけではなく、性能も向上している。Windowsでは物理メモリの割り当てを4096バイトのページ単位で行ない、ページはページフレーム番号（PFN：Page Frame Number）で管理している。PFNの割り当てを変更する場合、従来のWindowsでは管理情報全体をロックしていた（PFNロック）。

　一方、Windows Server 2008 R2では、PFNロックを廃止。PFN全体ではなく、個々のPFN単位でロックを行なう。ちょうどディスパッチャーロックの改善と同様のアイデアを使うことで、大量のメモリを使用するアプリケーションの動作が高速になった（正確にはPFNロックによる速度低下が起きない）。

　さらに、信頼性も向上した。マイクロソフトの調べでは、ユーザーモードアプリケーションが異常終了する原因の15％が「ヒープ」破壊によるものだという。ヒープとは、アプリケーションが自由に確保できるメモリである。アプリケーションはOSに対してヒープ上のメモリを要求し、不要になれば解放する。しかし、この手順を守らないとさまざまな不具合が発生する。たとえば、アプリケー ションが1MBしか要求していないのに2MBの書き込みを行なうと、OSがそれを検出して例外を発生させ、アプリケーションが異常終了してしまう。

　この問題を解決すべく、Windows Server 2008 R2では「フォールトトレラントヒープ（FTH）」と呼ばれる機能が実装された。同一内容の異常停止が1時間以内に複数回発生した場合は、自動的にアプリケーションを修正する機能だ。ここで行なわれるアプリケーションの修正は、アプリケーション互換性維持の仕組みを応用したものである。通常、アプリケーションの修正は管理者やプログラマーが「互換性データベース」を明示的に設定することで行なうが、Windows Server 2008 R2では「FTH Shim」と呼ばれる修正が自動的に行なわれる。

　FTH Shimは以下の3点を修正する仕組みである。

1. ネイティブヒープを使ってアプリケーションヒープの利用状況を検証。アプリケーションが要求したヒープは、OSの管理領域であるネイティブヒープから切り出される
2. アプリケーションヒープを確保するときに4MBぶんだけ余分に保持しておき、ヒープを誤って2回解放するリスクに備える
3. アプリケーションヒープを余分に（最大4MB）確保しておき、確保したヒープ領域を超えてアクセスするリスクに備える

　Windows 7やWindows Server 2008 R2では、アプリケーションが異常停止しても、何度か連続で実行すると正常動作することがある。これは上記のような修正の仕組みが備わっているからだ。アプリケーションプログラマーはこうした自動修正機能に頼るべきではないが、ユーザーにとっては便利な機能といえるだろう。

（次ページ、「スケジューリングには新機能」に続く）