基本情報技術者 2013年春期午前（科目A）問19

問題文

主記憶の管理方式とマルチプログラミングでのプログラムの多重度の組合せで、スラッシングが発生しやすいのはどれか。

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選択肢

ア：（正解）

イ：

ウ：

エ：

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ページングと多重度によるスラッシング【午前解説】

正解の理由

仮想記憶方式では各プロセスが必要なページを主記憶に動的に割り当てます。プログラムの多重度（同時実行プロセス数）が大きいと、各プロセスのワーキングセット（WSS）の合計が物理メモリ容量

M

を超えやすくなります。
これによりページフォルト率が急増し、CPUはページ交換（ディスクI/O）に時間を費やして有効な計算が進まず、システム全体が著しく遅くなる現象がスラッシングです。式で表すと典型的には次が成立する場合に発生します。

\sum W SS > M

したがって「仮想記憶方式＋多重度大」が最もスラッシングを発生しやすく、選択肢の中ではアが正解です。

解法ステップ

問題文で「主記憶の管理方式」が仮想記憶か実記憶かを判別する。
「プログラムの多重度」が大きいか小さいかを確認する。
仮想記憶かつ多重度大ならワーキングセット合計が物理メモリを超える可能性を想定する。
ワーキングセット合計が物理メモリを超えるとページフォルト増→I/O増→CPU利用低下でスラッシングと判断する。

選択肢別の誤答解説

ア: 仮想記憶方式、プログラムの多重度＝大 → 正解。多くのプロセスが同時に稼働するとワーキングセット合計が物理メモリを上回り、ページフォルトが爆発してスラッシングを招きやすい。
イ: 仮想記憶方式、プログラムの多重度＝小 → 誤り。多重度が小さければ各プロセスへ割り当てられるフレームが十分で、ワーキングセットを保持できればスラッシングは起きにくい。
ウ: 実記憶方式、プログラムの多重度＝大 → 誤り。実記憶方式ではページングによるスラッシングの概念が基本的に当てはまらない（メモリ不足でプロセスの同時駆動自体が制約されるため）。
エ: 実記憶方式、プログラムの多重度＝小 → 誤り。実記憶かつ多重度小ではスラッシングの条件は満たさない。

よくある誤解

「仮想記憶＝必ずスラッシング」と考える誤解：仮想記憶はページングを行うが、十分な物理メモリや適切な多重度ならスラッシングは起きない点を見落としがちです。
「スラッシング＝CPU負荷が高い」と混同する誤解：実際はCPU利用率が低下し、I/O待ちが増えるのが特徴で、CPUが忙しいわけではありません。
「実記憶方式でもスラッシングが起きる」と考える誤解：実記憶方式（非仮想化）ではページングによるスラッシングは発生しない点を誤認する場合があります。

補足コラム

スラッシング対策としては主に次が有効です：物理メモリの増設、プログラムの多重度（ロード）制御、ワーキングセットモデルやページフォルト頻度（PFF）を使った動的割当、より良いページ置換アルゴリズム（LRUや改良版）など。OSは通常、閾値を設けて過負荷時に新規プロセスの受け入れを抑制する（ロードコントロール）ことでスラッシングを回避します。

FAQ

Q1: スラッシングはどうやって検出しますか？
A1: システム全体のページフォルト率が急増し、CPU利用率が低下、ディスクI/Oが増加している状況を監視することで検出できます。PFFやページフォルト数の増加が指標になります。

Q2: ページ置換アルゴリズムを変えればスラッシングは防げますか？
A2: 一部改善は期待できますが、根本はワーキングセット合計と物理メモリの不一致なので、アルゴリズム変更だけでは十分でないことが多いです。

Q3: 「多重度を下げる」とは具体的にどうするのですか？
A3: 新規プロセスの起動制限、実行中プロセスの一時退避（スワップアウト）やバッチ処理のシリアル化などで同時稼働数を減らす方法があります。

関連キーワード: 仮想記憶、実記憶、スラッシング、多重度、ワーキングセット、ページフォルト、ページ置換、ロードコントロール

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