メモリオーバーコミット

2025年10月26日

メモリオーバーコミット

英語表記: Memory Overcommitment

概要

メモリオーバーコミットは、OSのメモリ管理機能において、システムに搭載されている物理メモリ（DRAMなど）の総容量を超えて、アプリケーションに対して仮想メモリを割り当てる（コミットする）技術です。これは、実際にすべての割り当てられたメモリが同時に使用されることは稀であるという前提に基づき、物理リソースを最大限に活用するために採用される運用手法の一つです。この手法を用いることで、特にサーバー仮想化環境やクラウドコンピューティングにおいて、リソースの利用効率を劇的に高めることができます。

詳細解説

メモリオーバーコミットは、「メモリ階層（キャッシュ, DRAM, NVRAM） → メモリ管理と運用 → OS のメモリ管理」という文脈において、物理リソースであるDRAM（主記憶）をいかに効率良く、かつ安全に利用するかという課題を解決するために存在します。これは、限られた物理リソースを、より多くの利用者に提供するための、OSによる賢い運用戦略なのです。

目的と背景

この技術の最大の目的は、物理メモリ（DRAM）の利用効率の最大化です。現代の多くのアプリケーションは、起動時や処理の初期段階で、将来必要になるであろう大量のメモリ空間をOSに要求します。しかし、実際にはその全量を常に使用するわけではなく、メモリ空間の一部だけが断続的に使われる「スパースな」状態であることが少なくありません。オーバーコミットメントは、この「要求量」と「実際の使用量」のギャップを利用し、物理メモリを複数のアプリケーション間で共有させるための運用上の重要な工夫です。リソースの有効活用は、コスト削減に直結するため、特に大規模なデータセンターでは欠かせない技術となっています。

動作原理とOSの役割

OSのメモリ管理機能は、メモリオーバーコミットを実現するために、主に「仮想メモリ」の仕組みを土台として利用します。

割り当て（コミット）の実行: アプリケーションがメモリを要求すると、OSはまず仮想アドレス空間を割り当てます。この時点では、まだ物理メモリ（DRAM）は消費されません。これは単なる「予約」に過ぎず、OSのメモリ管理テーブルに記録されるだけです。
遅延割り当て（Lazy Allocation）: 実際にアプリケーションがその仮想アドレス空間にアクセスし、データの読み書きが発生したとき（ページフォールト発生時）になって初めて、OSは対応する物理メモリのページを割り当てます。この「実際に使われるまで物理メモリの割り当てを遅らせる」という手法が、オーバーコミットメントの鍵となります。
ページングとスワッピングとの連携: もし、実際に使用されるメモリの総量が物理メモリ（DRAM）の容量を超えそうになった場合、OSのメモリ管理機能は危機を回避するために動きます。現在使用頻度の低い物理メモリ上のページを、ストレージ（ハードディスクやSSD）上のスワップ領域に退避させます（ページアウト/スワッピング）。これにより、DRAMという限られた高速なリソースの容量を、実質的に拡張し、より多くのプロセスを同時に動作させることが可能になります。

このように、メモリオーバーコミットは、OSが物理メモリ（DRAM）の利用状況を厳密に監視し、仮想メモリと物理メモリのマッピングを動的に操作するという、高度なOSのメモリ管理能力があって初めて実現する運用技術だと言えます。ユーザーからは見えない場所で、OSが懸命にリソースのやりくりをしているわけですから、本当に素晴らしい技術だと感心してしまいます。

リスク管理：OOM Killer

しかし、オーバーコミットには当然リスクも伴います。もし、予約された仮想メモリの多くが同時に実使用され、スワップ領域も満杯になってしまった場合、システムは物理メモリ不足（Out Of Memory: OOM）という深刻な状態に陥ります。

これを防ぐため、LinuxなどのOSには「OOM Killer」と呼ばれる緊急プロセスが組み込まれています。これは、システムがクラッシュする前に、メモリ消費量の多いプロセスの中から優先順位の低いものを強制的に終了させることで、システム全体の安定性を守るメモリ管理上の安全装置です。オーバーコミットを運用する上では、このOOMリスクを常に念頭に置き、適切な監視と設定（例えば、仮想マシンごとの使用上限設定など）が非常に重要になります。

具体例・活用シーン

メモリオーバーコミットが最も活躍するのは、複数の仮想マシン（VM）やコンテナを一つの物理サーバー上で動作させるサーバー仮想化の運用シーンです。この技術は、物理リソースであるDRAMの効率的な利用を追求する上で不可欠です。

1. 仮想化環境での効率化

例えば、物理サーバーに128GBのDRAMが搭載されているとします。通常であれば、各VMに割り当てるメモリの合計は128GBが上限です。しかし、オーバーコミットを利用すれば、合計200GBや300GBのメモリを各VMに割り当てることが可能になります。なぜなら、すべてのVMが同時に割り当てたメモリを使い切る確率は極めて低いからです。これにより、物理リソースを有効活用し、より多くのサービスを一台のサーバーで提供できるようになります。これは、クラウドサービスプロバイダーにとって、コスト効率を左右する重要な運用戦略です。