基本情報技術者 2016年 秋期 午前（科目A） 問17

仮想記憶における多重度増加でプロセッサ使用率が低下する現象【午前2 解説】

要点まとめ

• 結論: 主記憶が不足してプログラム多重度が増えるとページフォルトが激増し、CPU利用率が低下する現象はスラッシングです。
• 根拠: 各プロセスのワーキングセットがメモリに載らずページ置換が頻発、OSが入出力（ページ交換）処理に時間を取られるため実行可能作業が減少します。
• 差がつくポイント: 「ページング」自体と混同しないこと。ページングは機構、スラッシングは過度なページ交換による性能劣化という現象名であると区別して覚えると有利です。

正解の理由

よくある誤解

• 「ページングとスラッシングは同じ」と考える誤解：ページングはメモリ管理方式そのもの、スラッシングはその方式でページフォルトが過度に発生して起きる性能問題です。
• 「フラグメンテーションを疑う」誤解：フラグメンテーションは主にメモリ割付の無駄（連続空間の欠如）に関する問題で、CPU使用率が低下してページ置換が激増する現象とは性質が異なります。
• 「単一プロセスのページングを指す」との誤認：スラッシングは複数プロセスの多重度とワーキングセットの関係で起こる系全体の現象です。

解法ステップ

1. 問題文で示されたキーワード（主記憶不足、多重度増加、オーバヘッド増、CPU使用率減）を拾う。
2. 各選択肢の定義を頭の中で照合する（スラッシング＝過度なページ交換で性能低下）。
3. 「ページング」は機構、「フラグメンテーション」は空間浪費、「ボトルネック」は一般語で具体性に欠けると除外する。
4. 最も条件に合致する「スラッシング」を正解とする。

選択肢別の誤答解説

• ア: スラッシング — 正解。ワーキングセットが収まらないためページフォルトが増え、OSがページ交換に時間を取られてCPUの有効利用率が下がる現象を指します。
• イ: フラグメンテーション — 誤り。メモリの連続領域の断片化（外部/内部フラグメント）による割付効率の低下を指し、CPU利用率低下の直接原因ではない。
• ウ: ページング — 誤り。ページングは仮想記憶を実現する仕組み自体（ページ単位でのメモリ管理）であり、現象名としての「オーバヘッドでCPU使用率が下がる状態」を特定しない。
• エ: ボトルネック — 誤り。一般的な性能低下の原因を指す語で、問題文が示す具体的なページ交換過多の現象（スラッシング）を特定していない。

補足コラム

• ワーキングセットモデル：プロセスが短期間に参照するページ集合（ワーキングセット）がメモリに収まることが性能維持の鍵です。複数プロセスのワーキングセット合計が物理メモリを超えるとスラッシングに陥りやすくなります。
• 検出指標：ページフォルト率の急激な上昇、CPU待ち時間（I/O待ち）が増える、スループットの低下などでスラッシングを疑います。
• 対策例：メモリ増設、マルチプログラム度の制限（同時実行プロセスを減らす）、ワーキングセットアルゴリズムやページ置換ポリシーの最適化、I/O優先度の調整。

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