【基本情報対策】OSのプロセスと仮想記憶

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1. 2026年10月 OSのプロセスと仮想記憶 基本情報技術者試験 対策 #7 赤神青空
2. ▪ヒットとミスを、それぞれの割合で重み付けして足す 前回のクイズの答えは「B」 前回のクイズ キャッシュ10ナノ秒、主記憶60ナノ秒、 ヒット率80%の実効アクセス時間は？ キャッシュの時間 × ヒット率 ＋ 主記憶の時間 ×（1 − ヒット率） ＝ 10 × 0.8 ＋ 60 × 0.2 ＝ 8 ＋ 12 ＝ 20 答えは B 今ココ おさらい A 8ナノ秒 キャッシュの項（10 × 0.8）だけ B 20ナノ秒 10 × 0.8 ＋ 60 × 0.2 ＝ 8 ＋ 12 C 35ナノ秒 ヒット率を使わない、単純な平均 D 50ナノ秒 ヒット率を逆に⼊れた（10 × 0.2 ＋ 60 × 0.8） 2/15
3. ▪プロセス・仮想記憶と、コンテナのメモリの上限 今回の話 ① プロセス 状態遷移とスケジューリング ② 仮想記憶 ページングとページ置換え ③ 実務では コンテナとメモリの上限 今回いちばん持ち帰ってほしいこと ページング⽅式の仮想記憶は、⾜りない主記憶をページ単位の出し⼊れで補う 今ココ はじめに 3/15
4. ▪メモリ空間を、分けるか共有するか プロセスとスレッド プロセス スレッド プロセス A プロセス B プロセス C メモリ空間 メモリ空間 メモリ空間（共有） スレッド スレッド プロセスごとに、メモリ空間が別 ほかのプロセスのメモリは、そのままでは⾒えない 今ココ プロセス スレッド スレッド スレッド スレッドどうしは、メモリ空間を共有する 1つのプロセスの中に、スレッドを複数持てる 4/15
5. ▪実行・実行可能・待ちの3つを行き来する プロセス（タスク）の状態遷移 ⽣成 実⾏可能状態 CPU を割り当てる（ディスパッチ） 時間切れ‧優先度の⾼いタスク 待っていたことが終わった 実⾏状態 終了 ⼊出⼒などを待つ 待ち状態 今ココ プロセス 5/15
6. ▪タイムクウォンタムずつ、順番に ラウンドロビン CPU を割り当てる 最後尾 C B タイムクウォンタムずつ実⾏ 先頭 A CPU 使い切っても終わらなければ、最後尾へ 必要な時間：A は 3 回ぶん、B は 2 回ぶん、C は 1 回ぶん CPU A B C A C 終了 今ココ プロセス B A B 終了 A 終了 6/15
7. ▪優先度の高いタスクから、CPU 優先順と、プリエンプティブ方式 を割り当てる L（優先度：低‧必要 4）を実⾏中に、時刻 1 で H（優先度：⾼‧必要 2）が来る H（優先度が⾼い） L（低い） H が来る ノンプリエンプティブ⽅式 L L L L H H H は 6 で終了 プリエンプティブ⽅式 L H H L L L H は 3 で終了 実⾏中のタスクから、CPU を取り上げるかどうか 今ココ プロセス 7/15
8. ▪必要なページだけを、主記憶に置く 仮想記憶とページング 仮想記憶（プログラムから⾒える記憶） ページ 1 主記憶（ページ枠 3つ） ページ 1 ページ 2 ページ 3 ページ 3 動的アドレス変換 ページ 4 ページ 4 補助記憶 ページ 5 ページ 2 ページ 6 主記憶にあるページ 今ココ 仮想記憶 ページ 5 ページ 6 補助記憶にあるページ 8/15
9. ▪主記憶に無いページを参照したとき ページフォールト 空きがあれば ページ 5 を参照 → 主記憶に無い（ページフォールト） 主記憶 補助記憶 ページ 1 ページ 3 空き ページ 5 読み込む OS が、補助記憶から主記憶に読み込む 今ココ 仮想記憶 空きが無ければ ページ 6 を参照 → 主記憶に無い（ページフォールト） 主記憶 補助記憶 ページ 1 追い出す ページ 3 読み込む ページ 6 ページ 5 どれを追い出すかを決めるのが、ページ置換え 9/15
10. ▪どのページを追い出すか ページ置換え：FIFO と LRU ページ枠 3つ。参照の順： 4 で、どれを追い出す？ 1番⽬ 2番⽬ 3番⽬ 4番⽬ ページ 読み込んだのは 最後に使ったのは ページ 1 1番⽬の参照 4番⽬の参照 ページ 2 2番⽬の参照 5番⽬の参照 ページ 3 3番⽬の参照 3番⽬の参照 今ココ 仮想記憶 5番⽬ 6番⽬ FIFO： を追い出す 最初に読み込んだページ LRU： を追い出す 最後に使ってから、 最も時間がたったページ 10/15
11. ▪ページ枠が足りないと、ページフォールトが続く スラッシング LRU で、1 2 3 4 を3回くり返して参照する ページフォールト 4 回 / 12 回 ページ枠 4つ ページフォールト 12 回 / 12 回 ページ枠 3つ 出し⼊ればかりで処理が進まない ＝ スラッシング ページフォールト 今ココ 仮想記憶 主記憶にあった（ヒット） 11/15
12. ▪仮想マシンと違い、ホストのカーネルを共有する コンテナは、プロセスとして動く 仮想マシン コンテナ アプリ アプリ コンテナ コンテナ コンテナ OS（カーネル） OS（カーネル） アプリ アプリ アプリ ハイパーバイザー ホストの OS（カーネル） ハードウェア ハードウェア namespaces：コンテナから⾒える範囲を分ける cgroups：プロセスのまとまりごとに、CPU やメモリの使う量を制限する 今ココ 実務では 12/15
13. ▪上限に達すると、強制終了されることがある コンテナのメモリの上限 使う量 メモリ＋スワップの上限（--memory-swap） OOM で強制終了 スワップ（ディスク） --memory コンテナが使えるメモリの最⼤ メモリの上限（--memory） 上限に達し、スワップでも減らせないと 時間 OOM（メモリ不⾜）になり、既定では カーネルがコンテナの中のプロセスを 強制終了する --memory-swap：メモリとスワップを合わせた上限 --memory だけ指定すると、ホストにスワップがあれば、同じ量までスワップできる 同じ値にするとスワップしない。頻繁にスワップすると、性能が落ちる 今ココ 実務では 13/15
14. ▪ページング方式で、足りない主記憶を補う まとめ プロセスは、3つの状態を⾏き来する プロセス ページング⽅式の仮想記憶は、ページ単位の出し⼊れで主記憶を補う 仮想記憶 実⾏‧実⾏可能‧待ち。どれに CPU を渡すかは、優先順やラウンドロビンで決める 無いページはページフォールト。追い出すページは FIFO や LRU で選ぶ コンテナは、カーネルを共有するプロセス メモリの上限に達して減らせないと、強制終了されることがある 今ココ まとめ 実務 14/15
15. ▪一度止めて考えてみてください。答え合わせは次回の冒頭で 今回のクイズ ページ枠が3つで LRU 方式。ページを 1、2、3、1、4 の順に参照したとき、4 を 読み込むために追い出されるのは？ A 1 今ココ まとめ B 2 C 3 D 追い出さない 15/15