C++で学ぶオペレーティングシステムの固定（静的）パーティショニング

固定パーティショニングとは

このチュートリアルでは、オペレーティングシステム（OS）における固定パーティショニング（Fixed Partitioning）、別名静的パーティショニングについて解説します。

固定パーティショニングは、OSでメモリを管理するための古典的な手法の一つです。この方式では、メインメモリをあらかじめ決められたサイズのブロック（パーティション）に分割します。各ブロックのサイズは事前に定義されており、システムの稼働中に変更することはできません。

分割された各パーティションには、連続した（コンティギュアスな）領域としてプロセスが1つずつ割り当てられます。

固定パーティショニングの特徴

• メモリは固定サイズのブロックに分割される
• パーティションの数とサイズは事前に決定され、実行時には変更不可
• 1つのパーティションには1つのプロセスのみが割り当てられる
• 実装がシンプルでオーバーヘッドが少ない

注意点：内部フラグメンテーション

固定パーティショニングの最大の欠点は内部フラグメンテーション（内部断片化）です。プロセスのサイズがパーティションのサイズより小さい場合、余ったメモリ領域は無駄になってしまいます。例えば、サイズ4のパーティションにサイズ1のプロセスを割り当てると、3の分だけメモリが無駄になります。

サンプルプログラム

それでは、プロセスサイズに基づいてメモリを割り当てるサンプルプログラムを見てみましょう。このプログラムでは、空いているブロックの中から、プロセスサイズが収まる最初のブロックを順に探して割り当てる（ファーストフィット方式）実装になっています。

#include<iostream>
using namespace std;
int main() {
   int blockNumber = 5, processesNumber = 3;
   int blockSize[5] = {4, 4, 4, 4, 4}, processSize[3] = {1, 2, 3};
   int flags[5], allocation[5];
   for(int i = 0; i < 5; i++) {
      flags[i] = 0;
      allocation[i] = -1;
   }
   // プロセスにブロックを割り当てる
   for(int i = 0; i < processesNumber; i++) {
      for(int j = 0; j < blockNumber; j++) {
         if(flags[j] == 0 && blockSize[j] >= processSize[i]) {
            allocation[j] = i;
            flags[j] = 1;
            break;
         }
      }
   }
   for (int i = 0; i < blockNumber; i++) {
      if (flags[i] == 1) {
         cout << "Process " << processSize[allocation[i]] << " is allocated" << endl;
      }
   }
   return 0;
}

実行結果

上記のプログラムを実行すると、以下のような結果が得られます。

Process 1 is allocated
Process 2 is allocated
Process 3 is allocated

プログラムの解説

このプログラムの処理の流れは以下の通りです。

1. サイズ4のブロックを5つ、サイズ1・2・3のプロセスを3つ定義します。
2. flags配列で各ブロックの使用状況（0＝未使用、1＝使用中）を、allocation配列で割り当てられたプロセスの番号を管理します。
3. 各プロセスについて、未使用かつプロセスサイズ以上のブロックを先頭から順に探し、見つかり次第そこに割り当てます。
4. 最後に、割り当てが完了したプロセスの情報を出力します。

まとめ

固定パーティショニングはシンプルで実装しやすいメモリ管理手法ですが、内部フラグメンテーションによってメモリが無駄になりやすいという課題があります。このチュートリアルについてご不明な点がある場合は、ぜひコメント欄でお知らせください。