OS (オペレーティングシステム) でのページング

オペレーティングシステムでは、ページングは、プロセスを二次ストレージからページの形式でメインメモリに取得するために使用されるストレージメカニズムです。

ページングの背後にある主なアイデアは、各プロセスをページの形式で分割することです。メインメモリもフレームの形で分割されます。

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プロセスの 1 ページはメモリのフレームの 1 つに保存されます。ページはメモリのさまざまな場所に保存できますが、常に連続したフレームまたはホールを見つけることが優先されます。

プロセスのページは、必要な場合にのみメインメモリに取り込まれ、それ以外の場合は二次ストレージに保存されます。

オペレーティングシステムが異なれば、定義されるフレームサイズも異なります。各フレームのサイズは等しくなければなりません。ページングではページがフレームにマッピングされることを考慮すると、ページサイズはフレームサイズと同じである必要があります。

メインメモリのサイズが 16 KB、フレームサイズが 1 KB であると考えます。したがって、メインメモリは、それぞれ 1 KB の 16 個のフレームのコレクションに分割されます。

システムには 4 つのプロセス (それぞれ 4 KB の P1、P2、P3、および P4) があります。各プロセスは 1 フレームに 1 ページが格納できるように、1 KB のページに分割されます。

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最初はすべてのフレームが空であるため、プロセスのページが連続して保存されます。

フレーム、ページ、および 2 つの間のマッピングを以下の図に示します。

しばらくして P2 と P4 が待機状態に移行したとします。これで、8 つのフレームが空になり、その空いた場所に他のページをロードできるようになります。サイズ 8 KB (8 ページ) のプロセス P5 がレディキュー内で待機しています。

メモリ内で使用可能な 8 つの非連続フレームがあり、ページングによりプロセスをさまざまな場所に保存できる柔軟性が提供されるという事実を考慮します。したがって、P2 と P4 の代わりにプロセス P5 のページをロードできます。

メモリ管理ユニット

メモリ管理ユニット (MMU) の目的は、論理アドレスを物理アドレスに変換することです。論理アドレスはページごとに CPU によって生成されるアドレスであり、物理アドレスは各ページが格納されるフレームの実際のアドレスです。

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CPU が論理アドレスを使用してページにアクセスする場合、オペレーティングシステムはそのページに物理的にアクセスするための物理アドレスを取得する必要があります。

論理アドレスには 2 つの部分があります。

OSのメモリ管理部はページ番号をフレーム番号に変換する必要があります。

例

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上の画像を考慮して、CPU がプロセス P3 の 4 ページ目の 10 ワード目を要求したとします。プロセス P1 のページ番号 4 はフレーム番号 9 に格納されるため、9 番目のフレームの 10 番目のワードが物理アドレスとして返されます。