バッファアンダーラン

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コンピューティングにおいて、バッファ アンダーランまたはバッファ アンダーフローは、2 つのデバイスまたはプロセス間の通信に使用されるバッファに、データが読み取られる速度よりも遅い速度でデータが供給されるときに発生する状態です。この場合、バッファから読み取るプログラムは、バッファが補充される間、処理を一時停止する必要があります。このような状況に対処すると、バッファリングされるデータがこの種の停止と開始のアクセスに適していないことが多いため、望ましくない、場合によっては深刻な副作用が発生する可能性があります。

並行プログラミングの観点から見ると、バッファ アンダーランはリソース不足の一種と考えることができます。

上記で定義された用語は、バッファオーバーフローとは異なります。バッファオーバーフローとは、メモリの一部が固定サイズのバッファを形成しているが、その量を超えるデータで満たされ、割り当てられたチャンクの外側のメモリ位置が上書きされる状態です。ただし、バッファアンダーランとアンダーフローは、バッファアンダーライトを意味するために使用されることもあります。バッファアンダーライトでは、プログラムが騙されてバッファの先頭より前のメモリ位置にデータを書き込んでしまい、許可ビットなどの潜在的なデータが上書きされます。^[1]

バッファアンダーランは、多くの場合、バッファリングされている接続に関連する一時的な問題の結果です。たとえば、 CPU時間をめぐって他のプロセスが競合している 2 つのプロセス間の接続、または帯域幅をめぐってデバイスが競合している物理リンクなどです。

このような問題に対する最も簡単な対策は、バッファのサイズを増やすことです。受信データ ストリームを1 秒あたり 1 ビットで読み取る必要がある場合、10 ビットのバッファでは接続がブロックされてから最大 10 秒後に失敗しますが、60 ビットのバッファでは最大 1 分間ブロックされる可能性があります。ただし、この方法ではプロセスまたはデバイスで使用できるメモリが増えるため、コストがかかる可能性があります。バッファがいっぱいの状態で開始し (読み取りプロセスを開始する前にかなりの一時停止が必要になる可能性があります)、接続が現在ブロックされていない限り常にいっぱいの状態が続くと想定されます。データの平均到着速度が必要な速度よりも遅い場合、接続のブロックは累積します。60 ビット バッファを使用した仮想接続で 1 分ごとに 1 ビットを「ドロップ」すると、接続が 1 時間アクティブのままになるとバッファ アンダーランが発生します。リアルタイム アプリケーションでは、バッファ サイズが大きいと入力と出力の間のレイテンシも増加します。これは、ビデオ会議などの低レイテンシ アプリケーションでは望ましくありません。

バッファ アンダーランは、 CD/DVD の書き込み中に深刻な問題を引き起こす可能性があります。書き込みが開始されると、停止して問題なく再開することができないため、アンダーランに必要な一時停止により、ディスク上のデータが無効になる可能性があります。バッファは通常、ハード ディスクや他の CD/DVD などの比較的低速なソースから書き込まれるため、他の同時タスクによる CPU またはメモリの負荷が大きくなると、小さなバッファの容量が簡単に使い果たされる可能性があります。そのため、バッファ アンダーラン保護と呼ばれる手法が、 Plextor BurnProof、Nero UltraBuffer、Yamaha SafeBurn、JustLink、Seamless Linkなど、さまざまな商標で、さまざまな CD/DVD ライター ベンダーによって実装されています。この手法を使用すると、レーザーは実際に任意の時間書き込みを停止し、バッファが再びいっぱいになると再開できます。連続した書き込み間のギャップは極めて小さいです。

この問題を防ぐもう 1 つの方法は、書き換え可能なメディア( CD-RW、DVD-RW、DVD-RAM ) を使用する場合に、 UDFファイル システムを使用することです。UDFファイル システムでは、単一の更新されたアドレス テーブルによって参照される小さな「パケット」にデータが整理されるため、より短いバーストで書き込むことができます。

グラフィック コントローラのフレーム バッファが更新されない場合、バッファが新しいデータを受信するまで、コンピュータ画面の画像はハングしているように見えます。多くのビデオ プレーヤー プログラム (例: MPlayer ) には、システムが過負荷になった場合にフレームをドロップする機能があり、意図的にバッファ アンダーランを発生させてテンポを維持します。

オーディオ コントローラのバッファはリング バッファです。アンダーランが発生し、オーディオ コントローラが停止しない場合、実装に応じて、バッファに含まれるサウンドを繰り返し続けるか、無音を出力します。このような効果は、一般に「マシンガン」またはMax Headroomスタッタリング効果と呼ばれます。これは、オーディオの再生中にオペレーティング システムがハングした場合に発生します。エラー処理ルーチン (例:ブルー スクリーン オブ デス) によって、最終的にオーディオ コントローラが停止する場合があります。

音楽やサウンドアートの作成中に、オーディオを手動でつなぎ合わせたり、サンプルを再トリガーしたり、プラグインを使用したりして、このオーディオのグリッチを意図的に模倣することを、スタッター編集と呼びます。