ページフォールトとは？

ページフォールトの意味

アクセスしようとしたページが主記憶に存在せず、補助記憶から読み込む必要があるときに発生する割込み。OSが空きページ枠を探し、無ければ置換えアルゴリズムで追い出すページを選んでから、目的のページを読み込んで処理を再開する。

ページフォールトの具体例

主記憶が数十ナノ秒で読めるのに対し、ページインは補助記憶へのアクセスを伴うためミリ秒単位かかる。1回のページフォールトは数万回分のメモリアクセスに相当し、発生頻度がそのまま性能を左右する。

ページフォールトは試験でどう引っ掛けられる？

ページフォールトはエラーではなく、仮想記憶が正常に働いている証拠でもある。異常終了する障害と混同しないこと。問題になるのは頻発したとき（スラッシング）である。

ページフォールトと関連する用語

• デマンドページング
• ページ置換えアルゴリズム
• スラッシング

ページフォールトが出た過去問

• 外部割込みに分類されるものはどれか。

  正解：インターバルタイマによって、指定時間が経過したときに生じる割込み

  要点：タイマ・入出力・電源など装置起因が外部割込み。演算例外は内部

  割込みは、CPUが実行中のプログラムに起因する内部割込みと、プログラムとは無関係な外部要因による外部割込みに分かれる。タイマの時間経過、入出力装置の完了通知、電源異常などのハードウェア側の事象は外部割込みである。演算例外、ページフォールト、SVC命令などは実行中の命令が原因なので内部割込みに分類される。

  出典：平成29年度 秋期 基本情報技術者試験 午前 問10（IPA）

• ページング方式の仮想記憶において、ページフォールトの発生回数を増加させる要因はどれか。

  正解：主記憶に存在しないページへのアクセスが増加すること

  要点：ページフォールトは主記憶に無いページを参照したときに発生する

  ページフォールトは、参照したページが主記憶上に存在せず補助記憶から読み込む必要があるときに発生する割込みである。したがって主記憶に載っていないページへの参照が増えるほど発生回数は増える。主記憶に存在するページへのアクセスや、ページの更新比率はページフォールトの発生そのものには直結しない。

  出典：平成29年度 秋期 基本情報技術者試験 午前 問20（IPA）

• 外部割込みの原因となるものはどれか。

  正解：タイマーによる時間経過の通知

  要点：外部割込みは装置由来。命令実行が原因なら内部割込み

  割込みは、実行中のプログラム自身が原因となる内部割込みと、プログラムの外部にある装置が原因となる外部割込みに分けられる。タイマーによる時間経過の通知はCPUの外にあるタイマー装置が発生源なので外部割込みである。ゼロ除算・不正命令・ページフォールトはいずれも実行中の命令が引き金となるため内部割込みに分類される。

  出典：令和4年度 s 基本情報技術者試験 kamokuA 問10（IPA）