主記憶管理方式の違いとは？固定区画・可変区画・ページングを比較【基本情報技術者試験】

まず結論

主記憶管理方式では、主記憶をどの単位で分けて、どのようにプログラムへ割り当てるか を見ます。

基本情報技術者試験では、細かい実装よりも、次のように切り分けると選択肢を選びやすくなります。

最初に押さえるなら、次の3つで十分です。

あらかじめ区画を決める
→ 固定区画方式

必要な大きさで区画を作る
→ 可変区画方式

固定長のページで管理する
→ ページング方式

主記憶管理方式は、限られた机の上をどう使うかを決めるルールです。

机の上に、いろいろな大きさの資料を置くとします。

この違いが、主記憶管理方式の違いに近いです。

固定区画方式：先に枠を決める
可変区画方式：必要な大きさで枠を作る
ページング方式：同じ大きさの紙に分ける
セグメント方式：章や役割ごとに分ける

試験では、名前よりも 分け方 を見ると迷いにくくなります。

主記憶管理方式は、プログラムを主記憶に置くための管理方法です。

主記憶は容量が限られているため、OSはプログラムやデータを効率よく配置する必要があります。

代表的な方式を整理すると、次のようになります。

このテーマは、基本情報技術者試験の「コンピュータシステム」や「主記憶管理」と関係する内容です。公式の出題範囲やシラバスは、IPA：基本情報技術者試験から確認できます。

科目Aでは、方式名と説明の対応や、フラグメンテーションとの関係が問われやすいです。

判断するときは、次の表で切ります。

特に、フラグメンテーションは次のように押さえます。

区画の中に余りが出る
→ 内部フラグメンテーション

空き領域があちこちに分かれる
→ 外部フラグメンテーション

固定区画方式では、区画内の未使用部分が問題になりやすいです。

可変区画方式では、ロードと解放を繰り返すことで、空き領域が分かれることが問題になりやすいです。

ページング方式では、固定長のページとページ枠で管理するため、ページテーブルによる対応付けが重要になります。

問題文では、主記憶管理方式の名前だけを聞くより、図や状態変化を読む形で使うことがあります。

例えば、可変区画方式では、ロードと解放を順番に追います。

[ A ][ B ][ C ][ 空き ]
↓ Bを解放
[ A ][ 空き ][ C ][ 空き ]

この場合、空き領域は2か所です。

一方、ページング方式では、ページが主記憶上で連続して並んでいる必要はありません。

仮想記憶側
[ ページ1 ][ ページ2 ][ ページ3 ]

主記憶側
[ ページ2 ][ 空き ][ ページ1 ][ ページ3 ]

この対応を管理するのがページテーブルです。

問題文では、次の順に読むと安全です。

主記憶管理方式では、次の混同がよく起こります。

混同	正しい切り分け
固定区画方式とページング方式が同じに見える	固定区画方式は区画にプログラムを割り当てる。ページングはページとページ枠で対応付ける
可変区画方式とセグメント方式が同じに見える	可変区画方式は空き領域への割当方式。セグメント方式は意味のある単位で分ける方式
内部フラグメンテーションと外部フラグメンテーションを逆にする	内部は区画の中、外部は空き領域の分断
ページとページ枠を同じ意味で使う	ページは仮想記憶側、ページ枠は主記憶側
ページフォールトを異常終了と考える	必要なページが主記憶にない状態で、読み込みのきっかけになる

特に、固定長という言葉だけで固定区画方式と決めないようにします。

同じ「固定っぽい」方式でも、見ている単位が違います。