記 憶 管 理（２） オペレーティングシステム 第９回

復 習     実際のメモリよりも，大きなプログラムを実行した い 実行に伴い，その時，その時で必要な部分だけ がメモリにあれば良い オーバレイ  どこが必要なのかの指示をプログラマが行う 仮想記憶  必要になった部分をOSがメモリに格納する

仮 想 記 憶（１３） 前回     プログラムの実行に伴いある番地を参照 その番地のページ番号 ページ番号をページ表で調べる 該当ページが実記憶にない  ページフォールト という割込み  該当ページの実記憶への読み込みと ページ表更新

仮 想 記 憶（１４） 前回  空いているページ枠がない  使用中のページ枠を空けて，そこに読み込む  空けるページ枠の決め方   ページ置換えアルゴリズム 次回 ← 今回

ペー ジ置換え（１）  デマンドページング（要求時ページング）  ページが必要になったときに，補助記憶装置か ら実記憶に読み込む  ページイン  しかし，読み込む場所（空きページ枠）がない場 合は?!

ページ置換え（２）     空きページ枠がない 適当なページ枠を選ぶ  しかし，ページが読み込まれている その内容を必要に応じて，補助記憶装置に書き 出す  ページアウト 空けたページ枠に，読み込む,

ページ置換え（３）  ページアウトするページの選択  ページ置換えアルゴリズム  これから使いそうにないページ  今後，使わないページ  ページアウト直後に再度ページインすること になるようなページは選びたくない  将来の予測  困難

ページ置換え（４）  FIFO アルゴリズム(First In First Out)  もっとも以前に実記憶に読み込まれたページを 選ぶ  実記憶に長く存在するページは，今後はもう使わ ないであろう

ページ置換え（５）  LRU アルゴリズム(Least Recently Used)  もっとも以前に使われたページを選ぶ  頻繁に使われるページは，今後も使われるであ ろう（“局所参照”という性質）  使われなくなって時間が経過したページは，今後 は使われないであろう

ページ置換え（６）  他にもいろいろある  実際は，もっと複雑

ページ置換えの例（１）  4ページ分（0～3）の大きさのプログラム  実記憶のページ枠は3  次の順で各ページが必要になるものとする 0 → 1 → 2 → 0 → 3 → 0 → 2 → 1 → 2

ページ置換えの例（２）  FIFO 直前にページアウトした ページをページイン 下のものほど， 長く実記憶にある ページ枠ではない ページアウト（ページ交換） ページ0が ページアウト

ページ置換えの例（３）  LRU 実記憶にあるページ 下のものほど， 参照されてから 時間が経過している 参照されてから，最も時間が 経過しているページが ページアウト

LRU と FIFO（１）  LRUの方が，ページ置換えの回数が少ない  ような例を示しているだけ，かも知れない  FIFOだと，ページ枠の数を増やしても，ページ交 換の回数が増える場合がある  LRUだと，そのようなことはない

LRU と FIFO（２）   LRUの背景 メモリ参照の局所性  プログラムは，いつもプログラム全体を参照す   その一部が実行に伴い移動する

ス ラ ッ シ ン グ（１）  多重プログラミング環境  多重度（並行実行するプロセスの数）を上げる  各プロセスへのページ枠が減る

ス ラ ッ シ ン グ（２）  ページ交換の回数が増える  さらに多重度を上げる  CPUは，もっぱらページ交換のために使われる  プロセスの実行が進まない

ス ワ ッ ピ ン グ（補足）     プログラムAが実行中 プログラムBを実行しようとする 主記憶を空けるために，Aが格納されている主記 憶の内容を必要に応じて，補助記憶装置に書き 出す  スワップアウト 空いたところに，Bを読み込む  スワップイン

問 題  ページアウト，スワップアウト  必要に応じて ，補助記憶装置に書き出す  つまり，“書き出さない”場合がある  単にページインだけを実行する  書き出す必要の有無は？

ヒ ン ト  命令しかないページは？  データのあるページは？  実記憶（主記憶）にある間に，書き換えられたか どうか！  この情報も，ページ表などで管理する

記憶管理の他の重要な機能  多重プログラミング環境  別のプログラムが，自分のデータを読み書き  別のプログラムのデータを読み書き  禁止する（ 保護 ）  ただし，禁止だけではない（情報共有）

記憶装置の階層化

記憶装置の階層化（１）  第2回  仮想記憶は メモリ HDD の2階層 メモリ HDD 容量 小 大 読み書きの 時間 短い 長い

記憶装置の階層化（２）  キャッシュメモリ  CPUのデータ転送速度と主記憶装置の読み書き 速度に差をうめる  CPUと主記憶装置の間におかれる高速記憶装 置

記憶装置の階層化（３）    読み書きの速度 容量 値段  早いもので大容量が理想であるが…  全体としてのバランス

ま と め

ま と め（１）  必要になったページが実記憶にない  という割込み ページフォールト  実記憶に読み込む  ページイン

ま と め（２）     空きページ枠がないとき，どのページ枠を空ける か これから使いそうにないページが格納されている ページ枠を選ぶ 必要に応じて，そのページ枠の内容を補助記憶 装置に書き出す ページアウト

ま と め（３）     ページアウトするページの選択  将来の予測 FIFO LRU 他にもある  最前未使用(NRU)アルゴリズム，セカンド・チャ ンスアルゴリズム，ワーキングセット法，…

ま と め（４）  ページアウトする必要のない場合  単に新しいページでページ枠を上書きする  ページ枠の内容が変更されていない  補助記憶装置の内容と同じ  プログラム  データであっても変更されていない

ま と め（５）  プロセスへのページ枠の割当てが少ない  ページ置換えが頻発  プロセスの実行時間が少なくなる  スラッシング

ま と め（６）   記憶装置の階層化  キャッシュメモリ  メモリ  HDD 読み書きの速度，容量，価格  キャッシュは後でも出てくる