プリエンプティブマルチタスクとは？仕組みと特徴
ITの初心者
プリエンプティブマルチタスクについて詳しく教えてもらえますか？
IT･PC専門家
プリエンプティブマルチタスクは、オペレーティングシステムが複数のアプリケーションに対してCPUの処理時間を強制的に割り当てる方式の一つです。
ITの初心者
強制的に割り当てるということは、どういうことですか？
IT･PC専門家
はい、その通りです。つまり、オペレーティングシステムがどのアプリケーションがCPUを使用するかを管理し、各アプリケーションに対して特定の時間にCPUを利用する機会を与えます。
プリエンプティブマルチタスクとは。
「プリエンプティブマルチタスク」という用語は、一度に複数のアプリケーションを同時に実行できるマルチタスク方式の一つを指しています。この方式では、オペレーティングシステムが各アプリケーションに対してCPUの利用時間を強制的に割り当て、時間を分割して管理します。これにより、各アプリケーションがCPUを使用する時間が適切に制御されます。具体的には、Windows NTやWindows 2000以降のWindows OS、さらにはMacOSやUNIXなどのオペレーティングシステムでもこの方式が広く採用されています。
この方式とは対照的に存在する「ノンプリエンプティブマルチタスク」では、アプリケーションがCPUを使用している間は他のアプリケーションがCPUを使うことができません。そのため、プリエンプティブマルチタスクは日本語で「非協調的マルチタスク」とも呼ばれることがあります。
プリエンプティブマルチタスクの基本
プリエンプティブマルチタスクの基本
プリエンプティブマルチタスクとは、オペレーティングシステム（OS）が複数のタスクを同時に実行できる機能を提供する仕組みです。OSは、タスクの優先度に基づいて、どのタスクが次に実行されるべきかを判断します。つまり、優先度の高いタスクは、低優先度のタスクよりも優先的に実行されることになります。このような仕組みにより、ユーザーは複数のタスクを同時に効率的に実行できるため、作業の効率が大幅に向上します。
ノンプリエンプティブマルチタスクとの違い
ノンプリエンプティブマルチタスクは、タスクが完了するまで他のタスクが実行できない仕組みとなっています。これは、優先度の高いタスクが低優先度のタスクによって妨害される可能性があることを意味します。一方で、プリエンプティブマルチタスクでは、オペレーティングシステムが現在実行中のタスクを一時的に中断し、より優先度の高いタスクを実行することができます。これによって、ユーザーは優先度の高いタスクをタイムリーに完了することが可能になります。
仕組みと特徴
仕組みとして、プリエンプティブマルチタスクはオペレーティングシステムがタスクの完了を待つことなく、他のタスクにCPUを割り当てることによって実現されています。このアプローチにより、高優先度のタスクが低優先度のタスクを中断して実行できるため、システム全体の応答性が大幅に向上します。
特徴として、プリエンプティブマルチタスクには以下のような特性があります。
- -優先度の管理- OSは、各タスクに優先度を割り当てます。高優先度のタスクは、低優先度のタスクよりも高い頻度でCPUを使用することができます。
- -割り込みの処理- プリエンプティブマルチタスクシステムでは、割り込みを適切に処理することが可能です。割り込みとは、タスク実行中に発生する予期しないイベントであり、OSが現在のタスクを中断して割り込みルーチンを実行します。この仕組みによって、リアルタイムシステムの構築が実現します。
- -コンテクストスイッチ- タスクが実行される際、OSはそのタスクのコンテキスト、つまりCPUの状態やメモリアドレスなどの情報を記録します。別のタスクに切り替える際には、保存されたコンテキストを復元し、タスクの実行を再開します。
プリエンプティブマルチタスクのメリット
プリエンプティブマルチタスクのメリットは、オペレーティングシステム（OS）が実行中のプログラムを中断し、優先度の高い別のプログラムの実行を許可できる機能を指します。この仕組みにより、システムはより効率的に動作し、応答性も向上します。全てのプログラムがタイムリーに処理されることが期待されます。
プリエンプティブマルチタスクの主な利点の一つは、システム応答性の向上です。新しいプログラムを開いたり、特定のコマンドを実行したりする際、オペレーティングシステムは実行中のプログラムを中断し、新しいタスクを優先して処理することができます。この結果、ユーザーはよりスムーズで快適な体験を得られ、タスクの完了を待つ時間が大幅に短縮されます。
また、この方式はシステム全体の効率も向上させます。プリエンプティブマルチタスクを採用することにより、オペレーティングシステムは各プログラムを監視し、システムリソース（CPU時間やメモリなど）を最適に使用できます。これによって、システムのボトルネックが軽減され、全体的なパフォーマンスが向上します。
さらに、プリエンプティブマルチタスクはシステムの安定性の向上にも寄与します。実行中のプログラムが別のプログラムによって中断されることで、システムクラッシュやハングアップを防ぐことが可能となります。これは、優先度の高いプログラムが常に正常に実行され、より重要なタスクを確実に処理できることを意味します。
プリエンプティブマルチタスクのデメリット
プリエンプティブマルチタスクのデメリットには、以下のような点が挙げられます。
- -より高いリソース消費- プリエンプティブマルチタスクでは、実行中のタスクが優先されるため、非優先タスクには十分なリソースが割り当てられず、処理が遅くなることがあります。
- -処理時間の予測が難しい- タスクがプリエンプトされるタイミングが不定であるため、タスク処理時間の見積もりが困難になります。これにより、タイムセンシティブなタスクの管理が複雑になることがあります。
- -優先度の高いタスクのロックアウト- 長時間実行するタスクや大量のリソースを消費するタスクが動作している場合、優先度の低いタスクが実行待機状態にされる可能性があります。