記 憶 管 理（１） オペレーティングシステム 第８回 注 意 CPUは一つ 実行可能状態のプロセスは複数個ありうる しかし，実行中のプロセスは一つ 物理的メモリに関係した話なので，プロセスでは なく，プログラムという言葉を用いることにする 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？ プログラムが終了したら，格納場所（メモリ）は どうするのか？ 記 憶 管 理 と は（２） プログラムの実行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 ⇒ 別のプログラマ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 A → B → C の順に実行 記 憶 管 理 と は（４） 同時に複数個のプログラムを実行する スワッピング（１） 実行中のプログラムは，ある時点では一つ そのプログラムだけがメモリに格納されていれば よい スワッピング（２） 実行中の時だけ，メモリに格納 スワッピング（３） プログラム A，B 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 Aを実行する時は，Bを退避し，外部記憶装置に 退避したAをメモリに … スワップイン メモリに読み込むこと スワップアウト メモリから書き出すこと スワッピング（４） コンテクストスイッチの時に，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れば，複数個のプログラムを 同時に格納できるような場合が多くなる “記憶管理とは（４）”の左 どのように複数のプログラムを格納するか？ 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 単純な方式（１） メモリの最初から，順 に格納する Bが終了（Bが格納さ れていたメモリを再利 用） Dを実行 単純な方式（２） Dを格納できない 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 Cの格納場所をずら せば，Dは格納でき る 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 実行するプログラムが複数 る の場合は，それらの合計 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 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 Aが中心的な働きをする メモリに常駐 このようなモジュールがある 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 問題 BがCを呼び出す場合は， どうなるか？ この大きさのメモリが あれば，実行できる オ ー バ ー レ イ（５） 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が行う 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 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） ページ1の先頭 からの相対番地 前提 ページの大きさを ４０９６としている 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） プログラムの実行中にある番地を参照 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
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