Transcript 第5回 講義資料

第5回 メモリ管理（２）
オーバレイ方式
 論理アドレスとプログラムの再配置
 静的再配置と動的再配置
 仮想記憶とメモリ階層
 セグメンテーション
 ページング

オーバレイ方式




仮想記憶機構を持たないコンピュータで使用されて
いた
ユーザがプログラムを論理的なプログラム単位（例
えば手続きやその集まり）に分割
同時に実行されないプログラム単位を必要なときに
主記憶上の同じ位置に読み込んで使用する
手順は、全てユーザが指定
−

プログラムの構造の正確な知識を要する
オーバレイローダ
オーバレイの実行される様子
主モジュール
サブモジュール１
オーバレイ
主モジュール
サブ
モジュール１
サブ
モジュール２
サブモジュール２
論理アドレスとプログラムの再配置

論理アドレス空間
−

論理アドレス
−

実際に割り当てられる物理アドレス（実アドレス）
とは分離・独立したプログラム内で閉じたアドレス
空間
論理アドレス空間におけるアドレス
論理アドレスによってプログラムを記述するこ
とによって、主記憶への割り当てに柔軟性が
出る
再配置可能プログラム
アドレスマッピング（アドレス変換）




物理アドレス（実アドレス）：命令やデータの存在す
る主記憶上のアドレス
絶対アドレス：実装されたメモリに対するアドレスで、
値はあらかじめ固定
物理アドレス空間：物理アドレスで形成されるアドレ
ス空間
アドレスマッピング：論理アドレス空間から物理アド
レス空間へのマッピング（写像）
−
−
静的再配置
動的再配置
プログラムの再配置

静的再配置（static relocation)
−
−
−

プログラムは相対アドレス形式で保存
リンク時、またはロード時に全ての命令のオペランドを絶
対アドレス形式に書き換える
再配置操作にハードウェアの支援は必要としない
動的再配置（dynamic relocation)
−
−
各命令の実行時にハードウェアによって論理アドレスから
物理アドレスへの変換（マッピング）が行われる
メモリ詰め直しによって、主記憶の利用効率を向上できる
仮想記憶
主記憶と補助記憶装置（HDDなど）を用いて、
主記憶の大きさにとらわれない仮想的な記憶
装置を提供する機構
 仮想記憶には、構成するデバイスのアクセス
速度、容量に応じたメモリ階層が存在する

メモリ階層
プロセッサ
容量小
高速
キャッシュメモリ
（高速半導体メモリ）
主記憶（半導体メモリ）
低速
補助記憶装置
（磁気ディスクなど）
容量大
仮想アドレス空間、仮想アドレス







プログラムは、補助記憶装置に置かれ、必要なときに主記憶
にロードされる
メモリ階層を意識せずにすむように、統一的な仮想記憶装置
として扱う
プログラムは常に仮想的な記憶装置にアクセスする
仮想アドレス： 仮想記憶装置上の場所を指定するためのア
ドレス
仮想アドレス空間： 仮想アドレスによって形成されるアドレ
ス空間
仮想アドレスは、命令実行時にハードウェアによって物理ア
ドレス（実アドレス）に変換される
一般に仮想アドレスと論理アドレスは1対1に対応する
仮想記憶の種類

単一仮想記憶(single virtual storage)
−

システムで一つの仮想アドレス空間
多重仮想記憶(multiple virtual storage)
−
−
システムで複数の仮想アドレス空間をもつ
cf.) IBM MVS
物理アドレス空間
仮想アドレス空間
ｎ
１
未使用
プログラム
２
ｎ
２
１
アドレス変換表
仮想メモリの手法


プログラムを分割して、分割した単位でアドレス変換
と記憶領域の割り当てを行う
セグメンテーション（可変区画方式）
−
−
−

内部構造に基づいて分割
分割したものを、セグメントという
サイズは、可変
ページング（固定区画方式）
−
−
−
プログラム内部の論理構造とは無関係に、システムが自
動的に分割
分割したものをページという
サイズはシステムで固定
セグメンテーションの仕組み
セグメント番号
０
１
２
セグメントベース
（開始アドレス）
主プログラム
サブルーチン１
サブルーチン２
セグメントテーブル
０
１
１
０
２
１
３００K
０
３００K
主プログラム
サブルーチン１
５５０K
データ
サブルーチン２
３
３
４
ライブラリ
データ
４
１
１
９００K
５５０K
存在ビット
９００K
ライブラリ
補助記憶
主記憶
セグメンテーションにおける
メモリマッピング


物理アドレス
＝セグメントの先頭アドレス（セグメントベース）＋セグメント内変位
仮想アドレス＝セグメント番号＋セグメント内変位
セグメントテーブルベースアドレス
仮想アドレス（2次元アドレス）
ｂ
セグメント番号
セグメント内変位
ｓ
＋
ｄ
ｂ セグメントテーブル
ｓ
セグメントベース
存在ビット
セグメント
サイズ
s'
アクセス
保護情報
物理アドレス
＋
s' + d
セグメントに対するアクセスの手順
開始
主記憶上にない
セグメントをアクセス
ハードウェアが
セグメントテーブルをひく
アクセス保護情報を読み出す
存在ビット？
NO
アクセスが
許可されている
１
物理アドレスを計算
割り込み発生
YES
存在ビットを調べる
０
セグメントフォルト
割り込み発生
変位＜セグメントサイズ
NO
YES
物理アドレスをアクセス
正常終了
割り込み発生
セグメンテーションにおける
空き領域の確保
セグメンテーションは、仮想アドレス空間上で
連続しても、主記憶上では分散することが可
能
 セグメンテーションスワッピング

−
−
メモリの詰め直し
セグメント単位で補助記憶とスワッピング
次回、中間テスト

出題範囲（1回から４回まで）
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出題形式：
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
OSの基礎、用語、機能
プロセス管理
CPUの管理
例外、割込み処理
ブートとシャットダウン
メモリ管理（固定区画方式、可変区画方式など）
用語穴埋め（OSの基礎、CPUの管理、例外・割込み処理、ブートと
シャットダウン）
記述式（プロセス管理、メモリ管理）
出題数； 4問中、3問回答（１問は選択問題）
配点： 30点
テスト時間： ４０分