「ページング方式(ページイン/ページアウト)」をシミュレーターで理解しよう！

2022-02-25　

主記憶管理

1 「ページング方式(ページイン/ページアウト)」をシミュレーターで体感しよう！
2 おさらい：メモリはページという区画ごとに管理される
3 メモリが足りない場合は、、、ストレージ上に保存！
4 メモリ管理は通常LRUで行われる
5 「ページング方式(ページイン/ページアウト)」をシミュレーターで確認してみよう！
6 「ページング方式(ページイン/ページアウト)」シミュレーターの要点解説
- 6.1 アクセス頻度が低いデータほど、ページファイルに追いやられる
- 6.2 メモリとページファイルとのデータ交換(ページング)はかなりの時間がかかる！

「ページング方式(ページイン/ページアウト)」をシミュレーターで体感しよう！

前回記事に続いて、メモリ管理について解説します！今回は「ページング方式(ページイン/ページアウト)」についてです！

「ページング方式(ページイン/ページアウト)」をシミュレーターで理解しよう！

おさらい：メモリはページという区画ごとに管理される

コンピューターは↓のようにページという区画で管理します。区画は4KBなどある程度の大きさを持っています。

このように区画単位で管理するほうが、1バイト１バイト管理するよりも楽なんですね。この区画をページと呼びます。

メモリが足りない場合は、、、ストレージ上に保存！

↑のようにメモリは区画で管理されます。
もし、この区画が足りなくなったらどうなるでしょうか？必要なデータ保存領域がなくて、コンピューターが動けなくなってしまいますよね。

そうならないためにも、コンピューターは↓のように「メモリが足りなくなったら、ページファイルと呼ばれるストレージ上のファイルに代替保存」を行います。

ストレージのほうが、圧倒的に保存できる容量が広いので、これが使えれば溢れることはないんですね！

しかし、ストレージは遅いという問題があります。コチラのシミュレーターでも示している通り、CPUやメモリと比べて動画がめちゃくちゃ遅いんです！

そのため、「できる限りストレージにあるページファイルにアクセスしないよう、メモリを有効活用する」ことが重要なのです！
　

POINTメモリが足りなかったら、ストレージ上のファイルに代替格納する！

メモリ管理は通常LRUで行われる

メモリを有効活用するために、↓LRUというアルゴリズムを使うのが通常です。

メモリLRU制御の定義

LRU = Least Recently Used
メモリのページ(区画)の中で、もっとも最近使われていないページ区画を選択して、ストレージに追いやる

「最近使われていないページ区画」とは、「一番使った時間が古いページ区画」です。もし、ページ区画が足りなくなったら、各ページで使った時間を記録していて、一番古いページ区画を見つけて追いやるんです！

実際には、「ページファイルに退避してあるデータにアクセスした時＝ページ区画が足りなくなった時＝一番古いデータを追い出す時」です。ページファイルにあるデータが必要になったときに、メモリとストレージで交換が走るんですね。

このメモリとページファイルのデータの交換をページングといいます！また、↓のように各方向のデータのやり取りをページイン,ページアウトと呼びます。

ページング関連の用語

ページング＝メモリとページファイルのデータ交換が起こること
ページアウト = メモリからページファイルへの追い出し(out)
ページイン = ページファイルからメモリへの読み込み(in)

実際にこの動きをシミュレーターで確認してみましょう！

「ページング方式(ページイン/ページアウト)」をシミュレーターで確認してみよう！

それではシミュレーターで実際のページングの動きを確認してみましょう！

少しややこしいので前提から説明します！

前提1：各データは使う頻度に差があり。その頻度の差を「数字」で示してます

実際のコンピューターでもそうですが、メモリにあるデータが全て平等にアクセスされることは稀です。大概は、1割のデータに9割のアクセスが集中するようなことが多いです。

このため、今回のシミュレーターは「書いてある数字に比例して呼ばれる頻度が高い」ようにしています。今回の場合、↓のように1~50の数字が書かれていますが、「1のデータは、50のデータの1/50の確率でしか呼ばれない」という設定です。「数字が高いほど頻繁にアクセスされる＝追い出されにくい」状態になっています。