バッファとバッファリングとは？

バッファとバッファリングの意味

処理速度や処理単位の異なる装置の間に置く一時記憶領域と、それを使って速度差を吸収する手法。書込みはバッファに溜めてまとめて送り、読取りは先読みして溜めておくことで、遅い装置に足を引っ張られる時間を減らす。

バッファとバッファリングの具体例

ファイルを1バイトずつ書く処理でも、実際にはバッファへ溜め、数キロバイト単位でまとめてディスクへ書き出す。動画再生でネットワークの速度が瞬間的に落ちても、先にバッファへ読み込んである分で再生が途切れずに続く。

バッファとバッファリングは試験でどう引っ掛けられる？

バッファに残ったまま電源が落ちるとデータは失われるため、確実に書きたい場面では明示的な書出し（フラッシュ）が要る。またキャッシュとの違いも問われる。キャッシュは再利用のための写し、バッファは速度差の吸収が目的。

バッファとバッファリングと関連する用語

• スプーリング
• SATAとNVMe
• 入出力制御方式

バッファとバッファリングが出た過去問

• 入出力管理におけるバッファの機能として，適切なものはどれか。

  正解：入出力装置と処理装置との間に特別な記憶域を設け，処理速度の違いを緩和する。

  要点：バッファは処理装置と入出力装置の速度差を吸収する記憶領域

  入出力装置は処理装置に比べて非常に遅いため、直接やり取りすると処理装置が待たされて効率が落ちる。そこで両者の間に一時的な記憶領域を設け、データをいったんそこへ溜めてからまとめて受け渡す。これがバッファで、速度差を吸収して処理装置を待たせずに動かし続けることが目的である。

  出典：平成28年度 春期 基本情報技術者試験 午前 問17（IPA）

• 3次元CGのレンダリングにおける、隠線消去及び隠面消去の説明はどれか。

  正解：指定された視点から見える部分だけを描くようにする。

  要点：隠線・隠面消去は視点から見えない線や面を描かない処理

  隠線消去・隠面消去は、3次元の物体を2次元に描くときに、視点から見て手前の面に遮られて見えないはずの線や面を描かないようにする処理である。これにより物体の前後関係が正しく表現される。Zバッファ法やスキャンライン法などのアルゴリズムがこの処理を担う。

  出典：平成29年度 秋期 基本情報技術者試験 午前 問25（IPA）

• 符号化速度が192kビット/秒の音声データ2.4Mバイトを、通信速度が128kビット/秒のネットワークを用いてダウンロードしながら途切れることなく再生するために…

  正解：50

  要点：必要なバッファ時間＝ダウンロード所要時間−再生所要時間

  データ量2.4Mバイトはビットに直すと19.2Mビットである。再生には 19.2M ÷ 192k ＝ 100秒かかり、ダウンロードには 19.2M ÷ 128k ＝ 150秒かかる。再生が終わるのと同時にダウンロードも終わればよいので、必要な先読み時間は 150 − 100 ＝ 50秒となる。

  出典：平成29年度 秋期 基本情報技術者試験 午前 問31（IPA）

• 図の送信タスクから受信タスクにT秒間連続してデータを送信する。1秒当たりの送信量をS，1秒当たりの受信量をRとしたとき，バッファがオーバフローしないバッファサイ…

  正解：L≧(S-R)×T

  要点：必要バッファ量＝（送信量-受信量）×継続時間 以上

  1秒あたり送信量Sに対して受信量はRしか掃けないので、バッファには毎秒(S-R)だけ差分が溜まります。送信はT秒間続くため、蓄積量の最大は(S-R)×Tになります。オーバフローしないにはバッファサイズLがこの最大蓄積量以上、すなわちL≧(S-R)×Tである必要があります。

  出典：平成29年度 春期 基本情報技術者試験 午前 問17（IPA）

• 図の送信タスクから受信タスクにT秒間連続してデータを送信する。1秒当たりの送信量をS、1秒当たりの受信量をRとしたとき、バッファがオーバフローしないバッファサイ…

  正解：L≧（S－R）×T

  要点：必要バッファ量＝（送信速度−受信速度）×送信時間

  送信側のほうが速いので、バッファには1秒あたり（S−R）ずつデータがたまっていく。T秒間送り続けると蓄積量は（S−R）×T になるため、バッファサイズLがこの値以上であればあふれない。等号を含めるのは、ちょうど同量なら収まりきるためである。

  出典：令和1年度 秋期 基本情報技術者試験 午前 問17（IPA）