要求ページング

コンピュータのオペレーティングシステムでは、デマンドページング(予測ページングとは対照的) は仮想メモリ管理の方法です。デマンドページングを使用するシステムでは、ディスクページへのアクセスが試行され、そのページがまだメモリ内にない場合 (つまり、ページフォールトが発生した場合) のみ、オペレーティングシステムがディスクページを物理メモリにコピーします。その結果、プロセスは物理メモリ内にページがまったくない状態で実行を開始し、ほとんどの作業ページセットが物理メモリ内に存在するまで、多くのページフォールトが発生します。これは遅延読み込み手法の例です。

基本的な考え方

デマンドページングでは、実行中のプロセスがページを要求した場合にのみ、ページがメモリに読み込まれます。これは、プロセスによって要求されたページのみが二次記憶装置からメインメモリにスワップされるため、遅延読み込みと呼ばれることがよくあります。これを、プロセスが起動または実行を再開するときにプロセスのすべてのメモリが二次記憶装置からメインメモリにスワップされる純粋なスワップと比較してください。

通常、このプロセスを実現するために、メモリ管理ユニットが使用されます。メモリ管理ユニットは、論理メモリを物理メモリにマップします。メモリ管理ユニットのエントリには、ページが有効か無効かを示すビットが含まれます。有効なページとは、現在メインメモリに存在するページです。無効なページとは、現在セカンダリメモリに存在するページです。プロセスがページにアクセスしようとすると、通常は次の手順が実行されます。

ページにアクセスしようとしました。
ページが有効な場合（メモリ内）、通常どおり命令の処理を続行します。
ページが無効な場合は、ページフォールトトラップが発生します。
メモリ参照が二次メモリ上の場所への有効な参照であるかどうかを確認します。そうでない場合、プロセスは終了します (不正なメモリアクセス)。そうでない場合は、必要なページをページインする必要があります。
目的のページをメインメモリに読み込むためのディスク操作をスケジュールします。
オペレーティングシステムトラップによって中断された命令を再開します。

利点

すべてのページをすぐに読み込むのではなく、ページングを要求します。

実行中のプロセスによって要求されたページのみを読み込みます。
メインメモリのスペースが増えると、より多くのプロセスをロードできるようになり、大量のリソースを使用するコンテキスト切り替え時間が短縮されます。
二次記憶装置からアクセスされる情報が少なくなり、メインメモリに取り込まれる情報も少なくなるため、プログラムの起動時に発生する読み込み遅延が少なくなります。
メインメモリはセカンダリメモリに比べて高価であるため、この技術は、たとえばスマートフォンの部品表 (BOM) コストを大幅に削減するのに役立ちます。Symbian OS にはこの機能がありました。

デメリット

個々のプログラムは、ページに初めてアクセスするときに余分な遅延が発生します。
低コスト、低電力の組み込みシステムには、ページ置換をサポートするメモリ管理ユニットが搭載されていない場合があります。
ページ置換アルゴリズムを使用したメモリ管理は少し複雑になります。
タイミング攻撃に対する脆弱性を含む、セキュリティ上のリスクの可能性。Percival, Colin (2005-05-13) を参照してください。Cache missing for fun and profit (PDF)。BSDCan 2005。(具体的にはセクション 2 の仮想メモリ攻撃)。
ページフォールトの繰り返しにより発生する可能性のあるスラッシング。

参照

参考文献

Tanenbaum, Andrew S. 『オペレーティングシステム: 設計と実装 (第 2 版)』ニュージャージー: Prentice-Hall 1997 年。