この記事で解決できる内容
※タップすると該当箇所までジャンプできます。
「ページング方式って結局どういう仕組みなの？
「仮想記憶って何が仮想なの？」
基本情報技術者試験でも頻出のこの分野、なんとなく暗記して済ませようとしていませんか？
本記事では、仮想記憶とページング方式の仕組みを図解とたとえ話でやさしく解説し、基本情報技術者試験の科目A試験でよく出るページ置き換えアルゴリズム（LRU・FIFOなど）も徹底的にカバーしています。
また、過去問で狙われやすいポイントや、つまずきがちな用語の意味も総復習。「難しい言葉が多くて途中で諦めた…」という人も、この記事を読むことで仕組みの全体像がつながり、得点源に変えられるはずです。
この記事を読んでほしい人
- 試験対策中だが、仮想記憶の理解に自信がない
- アルゴリズム問題で毎回つまずく
- 忙しいので最短距離で合格したい
IT資格の最短攻略なら
BizLearnは累計受講者数7,429万人以上のネットラーニングが提供するオンライン講座です！
- 動画で「平均アクセス時間」の仕組みがスッと理解できる！
- スマホ対応で、スキマ時間でも効率的に学べる！
- 過去問ベースの演習で本番にも強くなる！
「計算問題が苦手…」「公式が覚えられない…」そんなあなたにおすすめ！30％OFFのセールを行っていることもありますので、まずはセール状況だけでも確認してみてください！
関連記事：基本情報技術者試験に合格するためのオンライン講座おすすめ3選
ページング方式の説明の前に！仮想記憶の基本からわかりやすく解説
「ページング方式」という言葉、IT初心者や試験対策中の人にとっては、少しとっつきにくいかもしれません。でも実は、仮想記憶という仕組みを理解するうえで欠かせないのが、このページング方式です。
ただ、ページング方式を理解するうえで、まず押さえておきたいのが「仮想記憶」の仕組みです。
コンピュータは、主記憶（RAM）の容量が限られているため、実行中のプログラムをすべてその中に収めることはできないことがあります。そこで必要な部分だけを補助記憶から読み込んで使う仮想記憶の仕組みが登場します。
この、仮想記憶の仕組を使うときに活躍するのが、固定長に区切られた「ページ」という単位でメモリ領域を分割するページング方式です。
ただし、仮想記憶をうまく活用するには、「固定長でメモリを分割して管理する」や「メモリ領域の断片化」など、基本的な概念を理解しておくことが必要不可欠。
「ページング方式ってよく聞くけど、そもそもなぜメモリをわざわざ分けて管理する必要があるの？」と疑問に感じたことはありませんか？
そんなあなたに向けて、このパートでは「フラグメンテーション」や「コンパクション」など、仮想記憶と密接に関わるメモリ管理の基本を図解と具体例つきでやさしく解説していきます。
メモリの管理方式とは？固定区画と可変区画の違いを解説
仮想記憶やページング方式を理解するうえで欠かせないのが、「メモリの管理方式」についての知識です。
メモリは、プログラムがデータを一時的に保存・実行するための領域ですが、その割り当て方法には2つの基本的な方式があります。それが、「固定区画方式」と「可変区画方式」です。
固定区画方式はメモリをあらかじめ固定長のサイズで分割しておき、プログラムやデータをその区画に割り当てていく方式です。管理がシンプルで処理が速いという利点がある一方で、空き容量が有効活用されにくいというデメリットがあります（未使用の記憶領域が発生しやすい）
一方の可変区画方式は、プログラムのサイズに合わせて柔軟にメモリを割り当てる方式で、記憶の使用効率が高まります。しかし、フラグメンテーション(断片化)が発生したり、メモリ管理が複雑になるのがデメリットです。
ページング方式では、この「可変区画方式」で発生する課題を解決するために登場した仕組みです。 次の見出しでは、いよいよこの「断片化（フラグメンテーション）」の問題について具体的に解説していきます。
フラグメンテーションとは？
可変区画方式の落とし穴としてよく問われるのが「フラグメンテーション（断片化）」です。
可変区画方式でメモリの領域を柔軟に割り当てられるのは便利ですが、プログラムの読み込みや削除を何度も繰り返すことで、メモリ内に「使えないスキマ」が増えていきます。
たとえば、5MB・7MB・3MBの空きがバラバラに存在していても、10MBのプログラムはどこにも入れられない現象。これがフラグメンテーションの問題です。
フラグメンテーションが起こると、記憶資源を効率的に使えず、パフォーマンスも大幅に低下します。特に分割された小さな領域が点在している状態では、OSによる管理負荷も増えてしまうのが現実です。
コンパクションとは？
フラグメンテーション（断片化）が進行すると、メモリ全体には空きがあるのに、大きなプログラムを読み込めない…という状態に陥ってしまいます。フラグメンテーションの問題を解決するための手段が「コンパクション（Compaction）」です。
コンパクションとは、物理メモリ上で分散してしまった小さな空き領域を移動させ、連続した大きな空き領域にまとめる作業のこと。コンパクションを行うことで、プログラムやデータを効率よく格納できるようになり、メモリ管理の無駄も減らすことができます。
ただし、記憶内のデータを移動するにはCPUに負荷がかかるため、頻繁に実行されるのは非効率です。そのため、OSは状況を見ながら必要最小限のタイミングでコンパクションを実行しています。
ページング方式が注目される理由のひとつは、このようなコンパクションの手間をなくすために登場した仕組みである点。固定長で分割されたページなら、そもそも「フラグメンテーション」が起きにくくなるのです。
ページング方式とは？仮想記憶システムについて
仮想記憶システムとは、磁気ディスク装置などの補助記憶装置を用いて、主記憶装置の容量以上のアドレス空間を作り出すことです。
今回は、基本情報技術者午前試験でよく目にする、4つ「仮想記憶と実記憶」「ページング方式」「スラッシング」「ページフォルト」って用語についてまとめておきます。
特に「ページング方式」は絶対に押さえておいたほうがいいよ！
仮想記憶OS
仮想記憶と実記憶の違いをしっかり押さえておきましょう！
仮想記憶とは、仮想記憶OSで作られたアドレス空間のことで、論理アドレス空間とも呼ばれます。
それに対して、実記憶は、主記憶装置の実際のアドレス空間のことで、物理アドレス空間とも呼ばれます。
仮想記憶OSってなんだろう？ってのを説明するならば、仮想記憶を作ろうとするOSの機能のことを呼ぶと思ってください！
ページング方式
ページング方式は、仮想記憶を作成する1つの方式のことで、OSがデータを一定の大きさの単位に分割したする(ページ)ことで、フラグメンテーションを起こらないようにする方式。
論理的な構造とは無関係に分割するので、他のページを頻繁に参照するプログラムなどでは、次に説明するスラッシングが起こってしまうのがポイント。
スラッシング
スラッシングとは、複数のタスクが実記憶を求めて、競合することで頻繁にページの交換が起こることです。
スラッシングの影響で、CPUはページ交換するのに使われてしまうので、本来のソフトを実行したいのに、なかなかCPUが働いてくれない！いわゆる重い状態になってしまうのがポイントです。
ページフォルト
ページフォルトとは、実記憶にページが存在しないことです。
ページが存在しない際に発生する割り込みのエラーのことをページフォルトと呼ぶこともあれば、存在しない事自体を指すこともあるので、ページフォルトといったら、実記憶に存在しないページを参照したんだなぁと思ってもらえばOKです！
ページ置き換えアルゴリズムとは？FE問題でも頻出！
ページング方式をもっと掘り下げて行きましょう。
例えば、主記憶装置には3ページ分の領域があり、すでに1.2.3のデータが入っているとします。
次に4を参照したい時、主記憶装置にはデータが入らないので、1つ追い出して、4を主記憶装置に入れる処理を行います。
この処理をページの置き換えと呼びます。
そして、ページの置き換えにはFIFO方式やLRU方式などといった種類があります。
「FIFO」「LRU」「LIFO」「LFU」などたくさん名前が出てきますが、これらは「どの順番でデータを追い出すのか」を定めたものだと思ってください。
FIFO方式・LIFO方式
FIFOはファースト・イン・ファースト・アウトの略称で、そのまま訳せば、「最初に入ったものを最初に出す」とイメージしてもらええたらOKです。
一番古くからあるデータを最初に実記憶から追い出して仮想記憶に入れるのがFIFO方式です。
逆に、LILOは ラスト・イン・ファースト・アウトの略称なので、「最後に入ったものを最初に出す」方式で、一番新しいデータを最初に実記憶から追い出して仮想記憶に入れる方式と覚えておきましょう。
合わせて読みたい
-
-
【基本情報】データ構造のスタックとは？キューとの違いをわかりやすく解説！
続きを見る
LRU方式・LFU方式
LRUはリースト・リーセントリー・ユーズドの略称で、そのまま訳せば、「最も最近使わてない」なのでちょっと分かりづらいですが、一番使われてないものからと覚えておきましょう。
最後に参照されてから一番経過時間が長いページから実記憶から追い出す方式です。
一方でLFU方式は、一番最近使われたデータを実記憶から追い出す方式です。
LFU はLeast Frequantly Used の略称で、そのまま訳すと、「少なくとも頻繁な使われたやつ」って意味なので、一番最近使われたやつみたいなイメージができます。
OPT方式・NRU方式
FIFOやLRUに比べて知名度は低いですが、OPT方式とNRU方式は、基本情報技術者試験（科目A試験）で出題されることもある「ページ置き換えアルゴリズム」の一種です。意味と特徴を理解すれば得点源になります。
OPT方式・NRU方式とは？
- OPT（Optimal）方式：「将来、最も使われないページを置き換える」理想的な方式です。
- NRU（Not Recently Used）方式：「最近使用されていないページ」をフラグで分類し、使用頻度を簡易的に推定して置き換える実装型アルゴリズムです。
例えば試験では下記のように問われることがあります。
「次に使用されるページがわかっていると仮定して、最適なページ置き換えを選ぶ方式は？」→ OPT方式が正解
「参照ビット・変更ビットをもとに分類し、4段階のクラスで置き換え対象を選ぶ方式は？」→ NRU方式が正解
OPT＝理論最強の理想型、NRU＝実装可能な簡易フラグ型。この違いだけでも押さえておけば、他のアルゴリズム（LRUやFIFO）との違いが明確になり、選択問題でも迷いにくくなります。
【頻出】過去問にチャレンジ！
ここまで解説してきた内容を、自分の知識に落とし込むために、実際に出題された過去問題に挑戦してみましょう！
解説に力を入れています！是非トライしてみてください！
ページング方式の用語の意味を回答する問題
ページング方式の説明として，適切なものはどれか。
1. 仮想記憶空間と実記憶空間を，固定長の領域に区切り，対応づけて管理する方式
出典：平成29年春期 基本情報技術者試験 問15
2. 主記憶装置の異なった領域で実行できるように，プログラムを再配置する方式
3. 主記憶装置を，同時に並行して読み書き可能な複数の領域に分ける方式
4. 補助記憶装置に，複数のレコードをまとめて読み書きする方式
👉 1
ページング方式は、仮想記憶空間と実記憶空間を、固定長の領域に区切って、対応付けて管理する方式のことです。
1つ1つの領域をページと呼び、実記憶に無いページを参照しようとすると、ページフォルトと呼ばれる割り込み込みが発生するので、仮想記憶空間とページの置き換えを行うことで、参照したいデータを実記憶にいれます。
実記憶にデータを入れることをページイン、実記憶からデータを出すことをページアウトと呼びます。
ページング方式のアルゴリズム種類を知っているかを問う問題
LRUアルゴリズムで，ページ置換えの判断基準に用いられる項目はどれか。
1. 最後に参照した時刻
出典：平成28年秋期 基本情報技術者試験 問19
2. 最初に参照した時刻
3. 単位時間当たりの参照頻度
4. 累積の参照回数
👉 1
LRUアルゴリズムは、Least Recently Used の頭文字をとったものなので、一番使われてないやつから追い出すアルゴリズムです。
つまり、最後に参照されてから、一番時間が経過しているページのデータを追い出すので、判断基準は「最後に参照した時刻」。
よって答えは1。
仮想記憶システムの用語の意味を知っているかを問う問題
仮想記憶システムにおいて主記憶の容量が十分でない場合，プログラムの多重度を増加させるとシステムのオーバヘッドが増加し，アプリケーションのプロセッサ使用率が減少する状態を表すものはどれか。
1. スラッシング
出典：平成28年秋期 基本情報技術者試験 問17
2. フラグメンテーション
3. ページング
4. ボトルネック
👉 1
スラッシングは主記憶の容量が十分でない場合、プログラムの多重度を増加させるとシステムのオーバーヘッドが増加し、アプリケーションのプロセッサ使用率(CPU使用率)が減少して、処理速度が遅くなる現象のこと。
フラグメンテーションはディスク装置の記憶領域の中に使用されない領域の断片が存在した状態になりアクセス効率が低下する減少。
ページングは仮想記憶管理方式の一つで、仮想アドレス空間と主記憶アドレス空間を「ページ」と呼ばれる固定長の区画に分割し、このページ単位で主記憶と補助記憶装置のアドレス変換を行う方式です。
ボトルネックは処理性能や通信性能の向上を阻む要素のこと。
LRU方式でページを置き換える順番がわかる？って問題
ページング方式の仮想記憶において，ページ置換えアルゴリズムにLRU方式を採用する。主記憶に割り当てられるページ枠が4のとき，ページ1，2，3，4，5，2，1，3，2，6の順にアクセスすると，ページ6をアクセスする時点で置き換えられるページはどれか。ここで，初期状態では主記憶にどのページも存在しないものとする。
1. 1
出典：平成27年春期 基本情報技術者試験 問20
2. 2
3. 4
4. 5
👉 4
LRU方式は「最後に参照されてから一番時間が経過しているものから追い出して置き換える方式です。
ページ枠は4つなので、一番最初に主記憶に割当てられているのは、「1,2,3,4」
5を参照する時、一番参照されていない1とページの置き換えをする。👉 「2,3,4,5」
2の参照は主記憶から参照できるのでページの置き換えはなし。 👉 「3,4,5,2」
1の参照する時、一番参照されていない3とページの置き換えをする。👉 「4,5,2,1」
3の参照する時、一番参照されていない4とページの置き換えをする。 👉 「5,2,1,3」
2を主記憶から参照する。👉 「5,1,3,2」
6の参照は、一番参照されていない4とページの置き換えをする。 よって答えは4。
ページの置き換え回数を求める問題
仮想記憶方式のコンピュータにおいて，実記憶に割り当てられるページ数は3とし，追い出すページを選ぶアルゴリズムは，FIFOとLRUの二つ考える。あるタスクのページアクセス順序が
1, 3, 2, 1, 4, 5, 2, 3, 4, 5
のとき，ページを置き換える回数の組合せとして適切なものはどれか。
出典：平成29年春期 基本情報技術者試験 問19
👉 イ
実記憶に最初に割当てられるのは、「1,3,2」の3つ。次に1を参照したいときは、すでに実記憶にあるページを参照したいので、問題ないのですが、次の4を参照したい時、実記憶にはないページなので、ページフォルトが発生します。
ページ置き換えを行います。
FIFO 👉 First In First Out 「最初に入れたものを最初に出す」アルゴリズムなので、4をページインするときは、最初から入っている1をページアウトして、4を入れます。 ・・・切り替え①
5を参照したい時。実記憶に入っているのは、「3,2,4」の3つ。一番最初にいる3をページアウトの、5をページイン。・・・切り替え②。
次の2を参照したい時。実記憶に入っているのは。「2,4,5」なので問題なく参照できる。
次の3を参照したい時。一番最初から入っている、2をページアウトの、3をページイン。実記憶は「4,5,3」。・・・切り替え③
次の4を参照する時、と5を参照するときは、実記憶にあるページの参照なので、問題なく参照できる。よってFIFOのアルゴリズムなら、ページの切り替えは3回。
続いて、LRUのアルゴリズムでのページの切り替え。
LRU方式 👉 最後に参照されてから一番時間が経過しているページのデータを追い出す方式。
よって、4を参照する時。「1,3,2」の中で一番時間が経過しているのは 3 なので、3 をページアウトの4をページイン。・・・切り替え① 実記憶の中は「1,2,4」。
次5を参照 👉 実記憶にないので一番時間が経過している 2 と置き換え。 ・・・② 実記憶の中は「1,4,5」
次2を参照 👉 実記憶にないので一番時間が経過している 1 と置き換え。 ・・・③ 実記憶の中は「4,5,2」
次3を参照 👉 実記憶にないので一番時間が経過している 4 と置き換え。・・・④ 実記憶の中は「5,2,3」
次4を参照 👉 実記憶にないので一番時間が経過している 5 と置き換え。・・・⑤ 実記憶野中は「2,3,4」
次5を参照 👉 実記憶にないので一番時間が経過している 2 と置き換え。・・・⑥
よって置き換えの回数は 6 回。よって答えはイ。
ページング方式がよくわからない人におすすめの学習法3選
「ページング方式、何度読んでも理解できない…」そんな風に感じたこと、ありませんか？
仮想記憶やページフォールト、補助記憶装置との関係など、一見すると専門的な用語ばかりで挫折してしまう方は実はかなり多いです。テキストベースだと、カタカナや感じが並びすぎていて全然理解できないのも無理はありません。
そこでこのセクションでは、「ページング方式」がどうしても理解できなかった人でも最短で仕組みがわかるようになる学習法を3つ厳選して紹介します。
基本情報技術者試験おすすめの学習方法
| 学習手段 | おすすめ度 | 特徴 | 向いている人 | 主なサービス例 |
|---|---|---|---|---|
| 本・参考書 | ・費用が安い ・自分のペースで進められる ・網羅性が高い | ・独学が得意な人 ・紙で学習したい人 | ・キタミ式 ・栢木先生 | |
| 動画講座（Udemy） | ・映像で理解しやすい ・1講座単位で学べる ・レビューが豊富 | ・図や動きで理解したい人 ・短期集中型 | ・Udemy ・YouTube | |
| オンライン通信講座 | ・カリキュラムが組まれている ・質問サポートあり ・スキマ時間に学べる | ・効率的に合格したい人 ・学習管理が苦手な人 | ・BizLearn ・スタディング |
関連記事：【IT登竜門】基本情報技術者一発合格！おすすめの学習方法5選
オンライン通信講座(BizLearn・スタディング)
「仮想記憶やページング方式の仕組みがどうしても理解できない…。」そんな時は、「わかりやすさ」に徹底的にこだわったオンライン通信講座を活用するのも1つの手段です。特におすすめなのが【BizLearn】と【スタディング】の2つ。
BizLearnの強みは「科目A（午前試験）免除」
BizLearnの最大の特徴は、修了すれば「基本情報技術者試験の科目A」が免除になるという点です。この科目A試験は、仮想記憶・ページング・主記憶の管理など、暗記が多く・つまずきやすい内容が多く含まれていて、科目B試験と両方学習をすると結構しんどいという声が多いです。
「一発で合格したい」「苦手な処理問題に時間を割きたくない」そんな方には、科目A試験免除の制度はまさに合格効率を最大化する“裏ワザ”といえます。
関連記事：BizLearn基本情報講座の評判・口コミは？おすすめポイントまとめ
スタディングは圧倒的なコスパとスキマ学習
一方のスタディングは、動画＋テスト形式でテンポよく進められるため、通勤時間などでも復習ができる点が魅力です。
仮想記憶のような「図解で見て理解するべき領域」も豊富なスライドでカバーされており、初学者でも直感的に理解しやすい構成になっています。
関連記事：スタディングの基本情報の評判を徹底レビュー！どんな人におすすめ？
動画学習（Udemy講座)
仮想記憶装置やページング方式について、イマイチ理解ができないときは、動画でわかりやすく解説をしてくれているUdemy講座がおすすめです。
なぜなら、動画教材は処理の流れやアドレス変換の動きなどを視覚的に捉えやすく、ページフォールトやページイン／アウトといった動作のイメージも掴みやすいからです。
「ページテーブルってどこにあるの？」「ページが足りないとどうなるの？」…こうした疑問をテキストだけで理解するのは、正直ハードルが高め。Udemy講座の多くでは、図解・フローアニメーション・実例シミュレーションなどが豊富で、初心者でもイメージしながら理解できます。
特に、Udemy講座をおすすめしている理由は、Udemyは動画買い切り型なので、一度購入すればいつでも・何度でも復習可能。しかもセール時は通常2万円超の講座が1,200円〜で購入可能になるため、通信講座よりも圧倒的に気軽にスタートできます。
ITスキルを磨くならUdemy
- 最大95％OFFで有料コンテンツが購入可能！
- ITスキルを本よりもわかりやすく体系的に学べる！
- スキマ時間で学習が可能！
参考書(栢木先生・キタミ式)
どうしてもテキストで学習をしたいときには、参考書での学習もおすすめですが、たくさん種類があるので、ここではIT資格の初学者向けにおすすめの参考書を紹介します。
特に「テキストを読んでもイメージが湧かない」「ページング方式がよくわからない」といった人にとっては、わかりやすい図解と丁寧な説明があるかどうかがポイントになります。
「参考書を選び間違えると、仮想記憶の仕組みが余計に混乱する…」自分に合った一冊で、仮想記憶・ページフォールト・記憶管理の理解をゼロから構築していきませんか？
関連記事：基本情報技術者試験おすすめ参考書10選｜独学で合格するための最新版テキストを厳選！【令和7年度対応】
まとめ｜基本情報対策は仮想記憶の理解がカギ！
今回はメモリ管理の中でも仮想記憶システムについての問題を解けるように、用語の意味の解説と、ページの置き換えのイメージを固めてもらえるように解説していきました。
当サイトでは他にも、頻出問題の解説をしています。ぜひ合格に役立ててください！
ページング方式まとめ
- ページング方式 👉 仮想記憶アドレス空間、実記憶アドレス空間をごちゃまぜで固定長に分割するメモリ管理方式のこと。
- スラッシング 👉 複数のタスクが実記憶を求めて競合して、頻繁にページの交換が起こることで、オーバーヘッドが増加してCPUへの負担が大きくなってしまうこと。
- ページの置き換え 👉 実記憶の中に参照するページがないときに、実記憶からページを追い出して、参照するページを実記憶に入れる。ページ交換のこと！
- FIFO方式 👉 実記憶から追い出す順番が「最初に実記憶に入れたものから追い出す」方式
- LRU方式 👉 実記憶から追い出す順番が「最後に参照てから一番経過時間が長いものから追い出す」方式
