仮想記憶とは？

仮想記憶の意味

補助記憶の一部を主記憶の延長として使い、実際の主記憶容量より大きなアドレス空間をプログラムに見せる仕組み。プログラムが使う仮想アドレスをハードウェアとOSが実アドレスへ変換し、必要な部分だけを主記憶に置くことで、大きなプログラムも少ない主記憶で実行できる。

仮想記憶の具体例

実装メモリ8GBのPCで合計12GB分のアプリを同時に開いても動くのは、当面使わない領域がSSD上のスワップ領域へ退避されているから。ただし退避された領域を触った瞬間に補助記憶からの読み込みが発生し、体感速度が大きく落ちる。

仮想記憶は試験でどう引っ掛けられる？

仮想記憶は容量を「見かけ上」広げる技術であって、処理を速くする技術ではない。むしろ主記憶が足りないほど遅くなる。高速化を担うのはキャッシュメモリで、役割が逆だと押さえる。

仮想記憶と関連する用語

• ページング方式
• ページフォールト
• TLB

仮想記憶が出た過去問

• 仮想記憶システムにおいて主記憶の容量が十分でない場合，プログラムの多重度を増加させるとシステムのオーバヘッドが増加し，アプリケーションのプロセッサ使用率が減少す…

  正解：スラッシング

  要点：スラッシングは実記憶不足でページ入替えに追われる状態

  実記憶が不足した状態で多重度を上げると、各プロセスが必要とするページを奪い合ってページの追い出しと読み込みが頻発する。その結果、本来の処理よりページ入替えの処理に時間が費やされ、アプリケーションのプロセッサ使用率が下がる。この現象をスラッシングと呼ぶ。

  出典：平成28年度 秋期 基本情報技術者試験 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）

• ページング方式の説明として，適切なものはどれか。

  正解：仮想記憶空間と実記憶空間をそれぞれ固定長の領域に区切り，対応づけて管理する方式

  要点：ページングは仮想・実記憶を固定長ページで対応付ける

  ページングは仮想記憶空間と実記憶空間の両方をページと呼ぶ固定長の区画に分け、ページテーブルで対応付けて管理する方式です。固定長なので外部断片化が起きにくく、必要なページだけを実記憶に載せられます。可変長の区画で管理するセグメンテーションと対比して覚えます。

  出典：平成29年度 春期 基本情報技術者試験 午前 問15（IPA）

• 仮想記憶方式のコンピュータにおいて，実記憶に割り当てられるページ数は3とし，追い出すページを選ぶアルゴリズムは，FIFOとLRUの二つを考える。あるタスクのペー…

  正解：FIFO:3／LRU:6

  要点：FIFOは古い順、LRUは最後の使用が古い順に追い出す

  FIFOは最も古く読み込んだページを追い出します。1,3,2を読み込んだ後、4で1を、5で3を、3で2を追い出す3回の置換で済みます。LRUは最後に使われてから最も時間が経ったものを追い出すため、4以降は毎回置換が起き、4・5・2・3・4・5の6回となり、組合せはFIFO3回・LRU6回です。

  出典：平成29年度 春期 基本情報技術者試験 午前 問19（IPA）

• 仮想記憶方式のコンピュータシステムにおいて，処理の多重度を増やしたところ，ページイン，ページアウトが多発して，システムの応答速度が急激に遅くなった。このような現…

  正解：スラッシング

  要点：スラッシングは多重度過多でページング多発し性能低下

  スラッシングは、多重度を上げすぎて各プロセスに割り当てられる実記憶が不足し、ページイン・ページアウトが頻発してCPUが本来の処理よりページ置換えに費やされる状態をいう。結果としてスループットが急激に低下する。多重度を下げるか実記憶を増設することで解消する。

  出典：令和8年度 （公開問題） 基本情報技術者試験 kamokuA 問5（IPA）