ファイルマッピングとは？初心者にも分かる基礎解説共起語・同意語・対義語も併せて解説！

この記事を書いた人

高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

ファイルマッピングとは何か

ファイルマッピングとは大きなファイルを扱うときの技法の一つです。ファイルマッピングはファイルを読み込む際に、ファイル全体を連続してメモリ上に展開するのではなく、OS がファイルとプロセスの仮想メモリ空間を結びつける仕組みです。これにより必要な部分だけが実際のメモリへ読み込まれ、残りは後で必要になったときに読み込まれます。

この仕組みは大きなデータを扱うときに有効で、特に大きな画像データや動画データ、データベースのファイルなどを扱う場面で使われます。遅延読み込みと呼ばれる性質により、必要になった箇所だけ読み出すことができます。

仕組みの概要

仕組みは次のとおりです。ファイルマッピングを作成すると、OS はファイルとプロセスの仮想メモリ空間を結びつけます。映し出された領域は実際にはディスクのデータを指す参照であり、アクセスが行われるとそのとき初めて物理メモリへデータがロードされます。これにより、プログラムはファイルの一部をまるで自分のメモリに入っているかのように扱えます。

重要な点として、ファイルの変更はメモリ上の領域を介してファイルへ伝搬します。書き込み時の同期やページアウトの挙動はOSに任せられるため、開発者は適切なタイミングでデータをflushする必要があることがあります。

メリットとデメリット

メリットには次のものがあります。大きなファイルを全てメモリに展開せずに済む点、乱雑アクセスでも効率よくデータを取得できる点、複数のプロセスで同じファイルを共有しやすい点などです。

一方でデメリットとしては、プラットフォーム依存の挙動、書き込み時の同期の難しさ、長時間読み取りが連続する場合のページアウト動作などが挙げられます。特定の環境ではメモリの割り当てやキャッシュの挙動が異なるため、移植性を考える際には注意が必要です。

使い方の概要と注意点

プラットフォームごとに提供される関数やモジュールが異なります。代表的な例として、Unix系の mmap、Windows の CreateFileMapping と MapViewOfFile、Python の mmap モジュールなどがあります。ここでは実装コードは省略しますが、概念としては以下のような流れです。

まず対象ファイルを開き、次にファイルを仮想メモリ空間へ地図づけ、最後に地図づけられた領域へアクセスします。アクセス時にOSが必要なページを読み込み、必要であれば他のページを置き換えます。重要なのは、読み込みの最小化と適切な同期です。処理が完了したら地図づけを解除します。

従来のI/Oとの比較

項目	ファイルマッピングの特徴	従来のI/O の特徴
データの読み込み	必要な部分だけを遅延ロード	ファイル全体またはブロックを直接読み込む
メモリの使い方	仮想メモリと連携して部分的に使用	実メモリに連続的にデータを展開することが多い
速度と性能	大きなファイルや乱雑アクセスで有利になることがある	連続読み込みが中心で大規模データには向かない場合がある
共有と並行	複数プロセスでの共有が比較的容易	共有は難しく、別ファイルとしての管理になることが多い

実世界での使い方の例

ファイルマッピングは画像処理や動画処理、データ解析の分野でよく使われます。大きなログファイルを順次読むのではなく、必要な期間だけを地図づけて閲覧・検索することで、メモリとディスクの負荷を抑えることができます。

注意点として、正しく同期をとること、ファイルの整合性を保つこと、OSの制限を理解することが挙げられます。特に同じファイルを複数のプロセスから更新する場合には競合を避けるための施策が必要です。

まとめ

ファイルマッピングは大きなデータを効率的に扱う強力な手法の一つです。適切に使えばI/O待ちを減らし、データへ素早くアクセスできますが、同時にOS依存の挙動を理解し、同期と整合性を保つ工夫が必要です。

ファイルマッピングの同意語

ファイルマッピング: ファイルを仮想メモリ空間にマッピングし、アプリケーションがファイルの内容を直接メモリ上で参照できるようにする技術。IOの回数を減らして高速化を図る目的で使われる。
メモリマッピング: ファイルやデバイスなどを仮想メモリ空間に割り当てる技術（memory mapping）の総称。OSの機能として提供され、アクセスをメモリ風に扱える。
メモリマップドファイル: memory-mapped file の日本語表現。ファイルをメモリ上に展開して、ポインタ経由で直接読み書きできるようにする方式。
メモリマッピング済みファイル: すでにメモリにマッピング済みとなっているファイルを指す表現。
メモリ上のファイル割り当て: ファイルを仮想メモリ空間に割り当て、ファイルの内容を直接参照できるようにする操作・状態。
仮想メモリ割り当てファイル: 仮想メモリを用いてファイルをアドレス空間へ割り当てる技術や状態を指す表現。
ファイルの仮想メモリ化: ファイルを仮想メモリで扱えるように変換・適用する技術・処理。
ファイルをメモリへマッピング: ファイルを直接メモリ上のアドレスに対応づけ、ポインタ経由でアクセス可能にする操作・設計思想。

ファイルマッピングの対義語・反対語

直接ファイルアクセス: ファイルをメモリにマッピングせず、OSの通常のファイルI/Oで直接読み書きする方法。ビューを作成せず、データを必要時にディスクから読み出すスタイル。
非メモリマッピング: memory-mappedファイルを使わないアプローチ全般を指す表現。メモリ上のファイルビューを作成しない点が特徴。
逐次ファイルアクセス: データを連続的・順番に読み書きする方法。ランダムアクセスを前提とするファイルマッピングとは対照的。
ディスクI/O直アクセス: ディスクへ直接I/Oを行い、メモリマッピングやキャッシュのビューを介さない読み書きのこと。
メモリマッピングなし: メモリマッピングを全く使わない状態を指す表現。ファイルをメモリ上に展開しないことを意味。
ファイルストリーム読み込み: ファイルをストリームとして連続的に読み込む方式。全体を一括でマッピングするのではなく、逐次処理が中心。
物理ファイル参照のみ: 仮想化されたメモリマッピングではなく、物理的なファイル参照・アクセスのみを用いる表現。