記 憶 管 理（１）

オペレーティングシステム第８回

記 憶 管 理 と は（１） プログラムを実行するには，メモリに格納

メモリのどこに格納するのか？

プログラムの実行が終わったら，格納場所（メモリ）はどうするのか？

記 憶 管 理 と は（２） プログラムに必要なメモリを割り当てる

格納する場所を決める 不要になったメモリを解放する

終了したら，別のプログラムを格納できるようにする　⇒ 別のプログラムを実行できるようにする

という OS の機能（メモリの割当て・解放）を“記憶管理”

記 憶 管 理 と は（３） 同時に実行するプログラムが一つなら，常に

同じ場所でよい

では，実行するプログラムが複数ならどうするか？

スワッピング（１） 三つのプログラム A ， B ， C A を実行する時は， A をメモリに B を実行する時は， A を外部記憶装置

（ HDD など）に退避し， B をメモリに C を実行する時は， B を退避し， C をメモ

リに A を実行する時は， C を退避し，外部記憶装

置に退避した A をメモリに …

スワッピング（２） コンテクストスイッチの時に，プログラムを

入れ替える 入れ替えに時間がかかる

メモリの容量が増えて，複数のプログラムが同時に格納できるようになった（とする）

単純な方式（１） メモリの最初から，

順に格納する

三つのプログラム A ，B ， C が格納されている

B が終了（ B が格納されていたメモリを再利用）

単純な方式（２） メモリの空いている場所（使える領域）が，

散らばる メモリの断片化

今の場合， C の格納場所をずらせば， D は格納できる

しかし，メモリの大きさより，大きなプログラムは格納（つまり，実行）できない

固定区画方式（１） メモリをあらかじめ

区切る

各区画にプログラムを格納し，実行する

固定区画方式（２） 二つのプログラムを

格納

区画に空きが生じる

メモリには余裕があっても，区画の大きさより大きなプログラムは実行できない

大 き な 問 題 プログラムを実行するためには，メモリに格

納する

メモリの大きさよりも，大きなプログラムを実行することはできない

メモリを大きくしても，それより大きなプログラムを実行したくなる

実行するプログラムが複数の場合は，合計

より多くのプログラムを実行したくなる

よ く 考 え て み る と プログラム全体をメモリに格納する必要はな

い

プログラムを分割し，実行するのに必要な部分のみをメモリに格納 必要ない部分はディスクなどの補助記憶装

置に格納 実際には，全体をディスクに格納しておき，

必要になった部分だけをメモリに格納する

二つの方法（１） 実際のメモリの大きさよりも，大きなプログ

ラムを実行できるようにする二つの方法 オーバーレイ 仮想記憶

二つの方法（２） いずれの方法であっても

プログラムをどのように分割するのか 分割した部分のどれを，メモリのどこに格

納するのか ということなどを決めなければならない

オーバーレイ

重ね割付け

オ ー バ ー レ イ（１） プログラムの分割方法や，実行に必要な部分

の指示を利用者（プログラマ）が行う

overlay 重ね割付け

どちからかというと古典的手法

オ ー バ ー レ イ（２） A ， B ， C ， D

の 4 つの部分（モジュール）にプログラムを分割

プログラムの実行開始→ A から

A が B を呼び出す

B が終了→ A に戻る（ B は不要になる）

A が C を呼び出す C が終了→ A に戻る

（ C は不要になる） A が D を呼び出す D が終了→ A に戻る A が終了→プログラムの終了

オ ー バ ー レ イ（３） 今の関係を図式化すると

上のモジュールが，下のモジュールを呼び出す　　 ↓同時にメモリに格納

横に並んでいるモジュールは，同時にメモリに格納する必要はない

オ ー バ ー レ イ（４） A が B を呼び出すときに， B をメモリに格

納する A はメモリに残しておく

メモリを読み込む単位をオーバーレイセグメントと呼ぶ 先の例では，モジュール＝オーバーレイセ

グメント いくつかのモジュールをひとつのオー

バーレイセグメントとする場合もある

オ ー バ ー レ イ（５）この大きさのメモリが

あれば，実行できる

B ， C と D は同時にメモリに格納されない“B が C を呼び出す”というようなことは不可

オ ー バ ー レ イ（６） プログラムの分割と必要な部分の指示はプロ

グラマが行わなければならない

プログラムのことは，プログラムを作った者がよく知っているはず

しかし，易しいことではない

仮 想 記 憶

仮 想 記 憶（１） プログラムの分割，メモリへの読み込みを自

動的に行う OS 行う

プログラム全体がメモリに格納されているものとする ただし，そのメモリは実際のメモリでは

なく，仮想メモリ（仮想記憶）

仮 想 記 憶（２） プログラムが格納さ

れている仮想記憶を一定の大きさのページに分割 ここでは，ページ

の大きさを 4096バイトとする

プログラムの内容ではなく，大きさで分割

仮 想 記 憶（３） 実際のメモリ（実記

憶）も，ページと同じ大きさのページ枠（ブロック）に分割

仮 想 記 憶（４） 仮想記憶はディスク

などの補助記憶装置

プログラムの実行に伴い，必要なページのみを実記憶のページ枠に格納

仮 想 記 憶（５） 以上のことを， OS が行う

仮想記憶の大きさ ＞ 実記憶の大きさであってもかまわない

プログラマにメモリの大きさを意識させない

仮 想 記 憶（６） 各ページには，ペー

ジ番号

各ページ枠（ブロック）には，ページ枠番号（ブロック番号）

仮 想 記 憶（７） ページ表 仮想記憶の各ページに対して

実記憶に格納されている ページ枠の番号又はページ枠の先頭番地

実記憶に格納されていない そのことが分かるような印

ここでは省略しているので注意！

仮 想 記 憶（８） ページ表の例

ページ枠の最初の番地の場合もある

1 ならば，実記憶にあり0 ならば，なし

仮 想 記 憶（９） プログラム中でデー

タや命令を参照 データや命令の番地

は 格納されている

ページ番号 そのページの先頭

からの相対番地（ 0 ～ 4095 ）

前提ページの大きさを

４０９６としている

ページ 1 の先頭からの相対番地

仮 想 記 憶（１０） 仮想記憶の 4098 番地

ページ番号が 1 で，相対番地が 2 である（相対番地は 0 ～ 4095 ： 12 ビット）

仮 想 記 憶（１１） 仮想記憶のページ 1

が， 65536 番地から始まるページ枠に格納

仮想記憶の 4098 番地の実記憶での番地

4098 番地は

ページ１の２番地

仮 想 記 憶（１２） ページ番号 1 のページ

ページ表を調べると 65536 番地から始まるページ枠

実記憶での番地は 65536 + 2 = 65538 番地 ページ枠の先頭からの番地は，ページの先

頭からの番地と同じ（相対番地）

仮 想 記 憶（１３） 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） 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

仮 想 記 憶（１５） あるページがいつも，同じページ枠に格納

されるとは限らない 格納されるたびに変わると考えるべき

番地を参照するたびに，番地の計算を行う 動的番地変換

仮 想 記 憶（１６） 仮想記憶や実記憶を同じ大きさに分割する

方式をページ方式

セグメント方式と呼ばれるものもある

ま と め 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ムが行う

仮想記憶 必要になった部分を OS がメモリに格納す

る