ページング方式とは？

ページング方式の意味

仮想記憶を実現する代表的な方式で、仮想アドレス空間と主記憶を4KBなどの固定長ページに区切り、ページ単位で主記憶と補助記憶をやり取りする。対応関係はページテーブルで管理する。固定長なので外部断片化が起きず、管理も単純になるのが利点。

ページング方式の具体例

仮想アドレスの上位ビットがページ番号、下位ビットがページ内オフセットになる。ページサイズ4KB（4096バイト）なら下位12ビットがオフセット。ページテーブルでページ番号を実ページ番号に置き換え、オフセットはそのまま連結して実アドレスにする。

ページング方式は試験でどう引っ掛けられる？

可変長の論理的なまとまりで区切るのはセグメント方式で、こちらは外部断片化が起きる。「固定長＝ページング、可変長＝セグメント」で覚える。ページング内部で生じる使い残しは内部断片化と呼ぶ。

ページング方式と関連する用語

• ページフォールト
• TLB

ページング方式が出た過去問

• プログラムで使用可能な実メモリ枠が3ページである仮想記憶システムにおいて、大きさ6ページのプログラムが実行されたとき、ページフォールトは何回発生するか。ここで、…

  正解：10

  要点：LRUは最後に使ってから最も時間が経ったページを追い出す

  実メモリ枠3ページでLRUを適用し、0,1,2,3,4,0,2,4,3,1,4,5 の順に読み込むと、最初の0・1・2で3回の欠落が起き、以降は3,4,0,2 で置換えが4回続きます。次の4は残っているのでヒットし、3,1 で2回置換え、次の4はヒット、最後の5で1回置換えとなります。ヒットしたのは2回だけなので、12回のアクセスのうちページフォールトは10回です。

  出典：平成28年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問18（IPA）

• ページング方式の仮想記憶において，あるプログラムを実行したとき，1回のページフォールトの平均処理時間は30ミリ秒であった。ページフォールト発生時の処理時間が次の…

  正解：0.75

  要点：平均時間は各処理時間を発生割合で加重平均した値

  ページアウトを伴わない割合をpとすると、平均処理時間は20p+60(1−p)=30と表せる。整理すると60−40p=30となりp=0.75。よって4回に3回はページインだけで済んでいる計算になる。

  出典：平成28年度 春期 応用情報技術者試験 午前 問17（IPA）

• ページング方式の仮想記憶において、ページ置換えの発生頻度が高くなり、システムの処理能力が急激に低下することがある。このような現象を何と呼ぶか。

  正解：スラッシング

  要点：ページ置換えの多発で処理能力が急落するのがスラッシング

  実記憶量に対して多重度や作業領域が過大になるとページフォールトが多発し、ページの入替え処理にCPU時間の大半が費やされて、本来の処理がほとんど進まなくなる。この状態をスラッシングという。

  出典：平成29年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問17（IPA）

• ページング方式の仮想記憶において，あるプログラムを実行したとき，1回のページフォールトの平均処理時間は30ミリ秒であった。ページフォールト発生時の処理時間が次の…

  正解：0.75

  要点：平均処理時間は各ケースの時間を発生割合で加重平均した値。

  ページアウトを伴わない処理の割合をpとすると、平均処理時間は20p+60(1−p)＝30と表せる。これを整理すると60−40p=30となり、p=0.75が得られる。すなわち4回に3回はページインだけで済んでいたことになる。

  出典：平成30年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問18（IPA）

• ページング方式の仮想記憶における主記憶の割当てに関する記述のうち、適切なものはどれか。

  正解：プログラム実行時のページフォールトを契機に、ページをロードするのに必要な主記憶が割り当てられる。

  要点：デマンドページングは必要になった時点でページを読み込む

  ページング方式ではデマンドページングが基本で、プログラム開始時に全ページを読み込むのではなく、実際に参照されて存在しないと分かったとき（ページフォールト発生時）に主記憶を割り当ててページをロードする。割り当てられる主記憶の量も実行の進行に応じて変動する。

  出典：平成30年度 春期 応用情報技術者試験 午前 問19（IPA）