仮想記憶（virtual memory）
補助記憶を使って、主記憶より大きなメモリがあるように見せる仕組み。
もう少し詳しい説明
仮想記憶は、実際の主記憶（いま使うプログラムとデータを置いておく記憶装置）より大きなメモリがあるように見せかける仕組みです。
主記憶は、いま実行中のプログラムとデータを置いておく記憶装置です。いわゆる「メモリ」で、パソコンの仕様に「メモリ 8GB」と書かれているのがこれにあたります。電源を切ると中身は消えます。
補助記憶は、SSDやHDDのことです。電源を切っても消えず、容量も大きいかわりに、主記憶よりけた違いに遅い記憶装置です。
主記憶は、容量に限りがあります。8GB（ギガバイト。データの量を表す単位）のパソコンで、合計10GBぶんのアプリを開くことはできないはずです。ところが実際には動きます。足りないぶんを補助記憶で肩代わりしているからです。
仕組み：使わないものは追い出す
考え方は単純で、いま使うものだけを主記憶に置き、使わないものは補助記憶へ追い出すというものです。
机と引き出しの関係に似ています。机の上は狭いので、いま使う書類だけを広げ、使わないものは引き出しにしまう。必要になったら引き出しから出し、代わりに何かをしまう。こうすれば、机の広さ以上の書類を扱えます。
つまり、主記憶が机、補助記憶（SSDやHDD）が引き出しです。
また、主記憶と補助記憶のあいだでデータをやり取りするには、単位を決めておく必要があります。1バイト（8ビット（0か1のどちらかを入れる1けた）をひとまとめにした単位。半角文字1文字ぶん）ずつ出し入れしていては、手間がかかりすぎるからです。
決まった大きさに区切って扱う方法をページング方式と呼び、区切られた1つ1つをページといいます。
ページフォールト：無かったら読み込む
使いたいページが主記憶に無いことがあります。この状態をページフォールトと呼びます。
フォールト（fault）は「欠落」の意味で、エラーではありません。起きたらOS（オペレーティングシステム。Windows、macOS、Android など、機械全体を動かす土台のソフト）が補助記憶から読み込むだけで、処理はそのまま続きます。ここは名前の印象に引きずられやすいので注意してください。
ただし、補助記憶の読み書きは主記憶よりけた違いに遅いので、頻繁に起きると全体が遅くなります。
スラッシング：入れ替えばかりで進まない
ページフォールトがあまりに頻繁に起きると、入れ替えに時間を取られて、本来の処理がほとんど進まなくなります。この状態をスラッシングと呼びます。
主記憶が足りないのに、たくさんのプログラムを同時に動かそうとすると起こります。机が狭すぎて、書類を出したりしまったりするだけで1日が終わる、という状態です。
ページフォールトが原因、スラッシングが結果という関係になっています。試験ではこの2つを並べて出すので、向きを押さえておいてください。
どれを追い出すか：置換えアルゴリズム
場所が足りないとき、どのページを追い出すかを決める必要があります。この決め方を置換えアルゴリズムと呼び、代表的なものが問われます。
| 方式 | 何を追い出すか |
|---|---|
| LRU | 最後に使ってから最も時間が経ったもの |
| FIFO | 最も早く読み込んだもの（入れた順） |
| LFU | 使われた回数が最も少ないもの |
いちばんよく出るのが LRU（Least Recently Used。「最後に使われたのがいちばん昔」という意味）です。「しばらく使っていないものは、この先も当分使わないだろう」という見込みで選びます。
残りの2つも、もとの言葉を並べておきます。FIFO（First In First Out。先に入れたものから先に出す）、LFU（Least Frequently Used。使われた回数がいちばん少ない）です。
キャッシュメモリとの違い
「速い場所と遅い場所を行き来させる」という点で、キャッシュメモリ（よく使うデータをCPUの近くに置いておく、小さくて速い記憶装置）と似て見えます。実際、試験では並べて出されます。違いは目的です。
キャッシュメモリは、CPU（計算と命令の実行を受け持つ部品）と主記憶のあいだに置く、小さくて速い記憶です。CPUは主記憶より何十倍も速く動くので、主記憶の返事を待つあいだ手を止めることになります。その待ち時間を減らすために、よく使うものだけを手前に置いておきます。
| 仮想記憶 | キャッシュメモリ | |
|---|---|---|
| 目的 | 容量を大きく見せる | 速度差を埋める |
| 主記憶から見ると | 主記憶が狭いので、外へ逃がす | 主記憶が遅いので、手前に置く |
| 相手 | 補助記憶（SSD・HDD） | CPU（計算を受け持つ部品） |
仮想記憶は容量の話、キャッシュは速さの話。 一言でいえばこの違いです。向きも逆で、仮想記憶は主記憶より外側へ、キャッシュは主記憶より内側へ働きます。
覚え方：机と引き出し
用語が3つ出てきますが、机の絵で全部つながります。
- ページ … 書類1枚ぶんの単位
- ページフォールト … 使いたい書類が机になく、引き出しを開けること。ふつうのこと
- スラッシング … 出し入ればかりで仕事が進まない状態。異常なこと
「引き出しを開けるのは当たり前、開けてばかりなのは異常」。この区別だけ持っておけば、2つを取り違えません。
試験ではこう出る
科目A（旧・午前）のソフトウェア分野で出ます。
多いのは、ページフォールト（使いたいページが主記憶に無いこと）やスラッシング（入れ替えばかりで処理が進まなくなる状態）の説明を選ばせる問題と、置換えアルゴリズム（どのページを追い出すかの決め方。とくにLRU）が何を追い出すかを問う問題です。
キャッシュメモリ（CPUと主記憶のあいだに置く、小さくて速い記憶）と並べて「目的が容量か速度か」を区別させる形もあります。応用情報では、ページの参照順を示してLRUで何回ページフォールトが起きるかを数えさせる計算問題として出ます。
参照順を追う問題は、主記憶にいまどのページがあるかを、1回ごとに紙に書き出すのが確実です。頭の中で追うと必ずどこかで取り違えます。LRUなら「使ったものを毎回いちばん新しい側へ動かす」だけなので、書き出してさえいれば間違えようがありません。
関連する用語
- キャッシュメモリ
- よく使うデータをCPUの近くに置く仕組み。速度差を埋めるのが目的で、狙いが違う
- ページング
- メモリを決まった大きさに区切って入れ替える方式。いまの主流
- ページフォールト
- 使いたいページが主記憶に無いこと。補助記憶から読み込み直す
- LRU
- 追い出す相手を決める方法の1つ。最後に使ってから最も時間が経ったものを選ぶ
- スラッシング
- 入れ替えばかりが起きて処理が進まなくなる状態。主記憶が足りないと起こる
- 主記憶
- プログラムとデータを置く場所。仮想記憶はここを実際より大きく見せる
ミニクイズ
仮想記憶において、アクセスしようとしたページが主記憶に存在しないときに発生する事象はどれか。
正解は 2番：ページフォールト
使いたいページが主記憶に無い状態をページフォールトと呼びます。発生するとOS（機械全体を動かす土台のソフト）が補助記憶（SSDやHDDなど、電源を切っても消えない記憶装置）から該当ページを読み込み、場所が足りなければ別のページを追い出します。スラッシングは、そのページフォールトがあまりに頻繁に起きて、入れ替えばかりに時間を取られ処理が進まなくなった状態で、原因と結果の関係にあります。フラグメンテーションは、空き領域が細切れになって使いにくくなる現象です。デッドロック（2つの処理が、互いに相手の持っているものを待ち続けて、どちらも進めなくなる状態）は、どちらも仮想記憶のページ管理とは別の話です。
この分野をまとめて解く → システム構成要素とソフトウェアのミニテスト（全28問）
最終更新：2026-09-16