フラグメンテーション | Programming Place Plus　用語集

名称

• フラグメンテーション　【fragmentation】
• (同義) 断片化　【fragmentation】

このページでは、記憶領域における「フラグメンテーション」を取り上げています。このほか、通信に関する「フラグメンテーション（IPフラグメンテーション）」があります。

解説

記憶領域内の未使用部分が飛び飛びになってしまい、連続的な大きな領域として使用できない状態のことです。

メインメモリやストレージのように、さまざまな大きさの確保と解放が、頻繁に繰り返されたとき、その順序や大きさの傾向（またメモリ管理のアルゴリズム）によってはフラグメンテーションが発生することがあります。

メインメモリの領域をダイナミックメモリアロケーションによって確保する場合、要求された大きさ以上の連続的な未使用領域が必要であるため、フラグメンテーションは致命的な問題になり得ます。ストレージにデータを保存する場合は、離れたところにある未使用領域に分けて保存することも可能なので、致命的な問題にはならないかもしれませんが、アクセスの効率が低下することになります。

下の図は記憶領域全体を表しており、ＡＢＣはそれぞれ別個の確保要求によって割り当てられた領域、〇は未使用領域とします。記号（ＡＢＣ〇）の個数は、取られている領域の大きさの違いとします。

ＡＡＡＡＡＢＢＢＣＣＣＣ〇〇〇

ここで、Ｂの領域を解放すると、次のようになります。

ＡＡＡＡＡ〇〇〇ＣＣＣＣ〇〇〇

Ｂが取っていた箇所が未使用領域になりますが、次に必要とされる領域が記号４つ分以上の大きさの連続的な領域だとすると、この場所では不足しますし、ほかの場所もありません。しかし記憶領域全体をトータルでみれば、未使用領域は記号６つ分あるので、４つ分の確保要求は成功することが好ましいといえます。このような状態がフラグメンテーションです。

このケースでは全体を整理して、次のようにできれば解消します。

ＡＡＡＡＡＣＣＣＣ〇〇〇〇〇〇

こういった整理のことを、デフラグメンテーションと呼びます（メインメモリの場合は、コンパクションと呼ぶことが多い）。しかし、これが可能であるかどうか（また容易であるかどうか）は場合によります。たとえば、Ｃ言語のように、メモリアドレスを直接保持するポインタの仕組みがあるプログラミング言語によるプログラムでは、メインメモリ上に確保したオブジェクトの位置を変えてしまう行為は難しく、実現が困難です（整理されると、メモリアドレスが変わってしまうので）。

フラグメンテーションには、ここまでに紹介したかたちのほかに、内部フラグメンテーション（内部断片化）と呼ばれるものがあります。区別が必要なら、ここまでに紹介したかたちは、外部フラグメンテーション（外部断片化）と呼びます。

内部フラグメンテーションは、確保する領域の大きさを固定長に統一した場合に発生します。たとえば、本当に必要な大きさが 100バイトだとしても、128バイトなどの事前に決めておいた固定長の大きさに切り上げて確保します。このとき、実際には使われない 28バイトの領域が確保状態になるわけですが、このような未使用部分が生まれることを、内部フラグメンテーションと呼びます。

このような固定長での確保には、外部フラグメンテーションを解消する効果があります。さきほどの例で、ＡＢＣの大きさはばらばらでしたが、すべて記号５個分の大きさで確保するように変えてみます。

ＡＡＡＡＡＢＢＢＢＢＣＣＣＣＣ

この状態でＢを解放すると、次のようになります。

ＡＡＡＡＡ〇〇〇〇〇ＣＣＣＣＣ

次回の確保で要求される大きさもまた記号５個分の大きさなので、Ｂが使っていた領域を使うことができます。誰かが使っていた領域は、次の誰かが確実に使いまわせるため、外部フラグメンテーションの解消につながります。一方で、実は使われていない領域が多数発生しているため、全体としての利用効率が悪くなっている可能性があります。