応用情報技術者 2021年春期午前2 問19

問題文

ページング方式の仮想記憶において、ページアクセス時に発生する事象をその回数の多い順に並べたものはどれか。ここで、A≧B は、Aの回数がBの回数以上、A=Bは、AとBの回数が常に同じであることを表す。

選択肢

ア：ページアウト ≧ ページイン ≧ ページフォールト

イ：ページアウト ≧ ページフォールト ≧ ページイン

ウ：ページフォールト = ページアウト ≧ ページイン

エ：ページフォールト = ページイン ≧ ページアウト（正解）

ページング方式の仮想記憶におけるページアクセス事象の頻度【午前2 解説】

要点まとめ

結論：ページフォールトの回数はページインと同じで、ページアウトより多いか同等である。
根拠：ページフォールトが起きるたびにページインが必ず発生し、ページアウトはページ置換時のみ発生するため回数は少ない。
差がつくポイント：ページアウトはページ置換時のみ発生し、ページフォールト＝ページインの関係を正確に理解することが重要。

正解の理由

ページフォールトは、仮想記憶のページが主記憶に存在しない場合に発生します。このとき、必ずページイン（ディスクからのページ読み込み）が行われます。つまり、ページフォールトの回数とページインの回数は常に等しくなります。一方、ページアウトは、主記憶のページをディスクに書き戻す操作であり、ページ置換が必要な場合にのみ発生するため、ページフォールトやページインよりも回数は少なくなります。したがって、「ページフォールト = ページイン ≧ ページアウト」が正しい順序です。

よくある誤解

ページアウトの回数がページインやページフォールトより多いと誤解されがちですが、ページアウトはページ置換時のみ発生し頻度は低いです。ページフォールトとページインは常に同じ回数発生します。

解法ステップ

ページフォールトの定義を確認する（ページが主記憶にない状態）。
ページフォールト発生時に必ずページインが行われることを理解する。
ページアウトはページ置換時にのみ発生し、ページフォールトやページインより回数が少ないことを認識する。
選択肢の関係式を比較し、ページフォールト＝ページイン≧ページアウトの順序を選ぶ。

選択肢別の誤答解説

ア: ページアウト ≧ ページイン ≧ ページフォールト
→ ページアウトが最も多いのは誤り。ページアウトはページ置換時のみ発生し頻度は低い。
イ: ページアウト ≧ ページフォールト ≧ ページイン
→ ページアウトがページフォールトより多いのは誤り。ページフォールト＝ページインである。
ウ: ページフォールト = ページアウト ≧ ページイン
→ ページフォールトとページアウトが同じ回数は誤り。ページアウトはページフォールトより少ない。
エ: ページフォールト = ページイン ≧ ページアウト
→ 正解。ページフォールトとページインは同じ回数で、ページアウトはそれ以下。

補足コラム

ページング方式の仮想記憶では、ページフォールトが発生すると必要なページをディスクから主記憶に読み込むページインが必ず行われます。ページアウトは、主記憶の空きがない場合に、使用頻度の低いページをディスクに書き戻す操作であり、頻度はページフォールトより少なくなります。この関係を理解することは、仮想記憶の性能評価やチューニングに役立ちます。