ノンプリエンプティブマルチタスクとは？

ノンプリエンプティブマルチタスクとは？

複数のソフトを同時に動かす仕組み

皆さんは、パソコンで作業をする際に、音楽を聴きながら文章を書いたり、インターネットで調べ物をしながらメールの返信をしたりと、複数の作業を同時に行うことはありませんか？このように、一つのパソコンで複数のソフトを同時に動かすことを可能にしているのが、「マルチタスク」という仕組みです。

マルチタスクを実現するには、大きく分けて二つの方法があります。一つは、「プリエンプティブマルチタスク」と呼ばれる方法です。これは、オペレーティングシステム（OS）が中心となって、それぞれのソフトに短い時間間隔で順番に処理時間を割り当てていくというものです。私たちには複数のソフトが同時に動いているように見えますが、実際には、OSが非常に短い時間で次々とソフトを切り替えて動かしているため、そのような風に感じられるのです。もう一つは、「ノンプリエンプティブマルチタスク」と呼ばれる方法です。こちらは、それぞれのソフトが自分の処理が終わったタイミングで、OSに処理の権利を返していくという方式です。それぞれのソフトが協力し合って動作するため、OSによる制御は必要最低限で済みますが、一つのソフトが処理に時間をかけてしまうと、他のソフトの処理が滞ってしまう可能性があります。

私たちが普段何気なく使っているパソコンですが、その裏側では、このような巧妙な仕組みが働いているのです。

ノンプリエンプティブマルチタスクの仕組み

– ノンプリエンプティブマルチタスクの仕組みパソコンの頭脳であるCPUは、一度に一つの処理しか実行できません。しかし、私達は複数のアプリケーションを同時に操作しているように感じます。これは、ノンプリエンプティブマルチタスクという仕組みが背景で動いているからです。ノンプリエンプティブマルチタスクでは、現在動作しているアプリケーション自身が、CPUの使用権を他のアプリケーションに明け渡すことで、擬似的に複数の処理を同時実行しているように見せています。それぞれのアプリケーションは、決められた時間や、ファイルへのアクセスなど、自分の担当処理が終わると、自主的にCPUの使用権を手放します。そして、CPUは順番に他のアプリケーションに割り当てられ、それぞれの処理を進めていきます。このCPUの使用権の受け渡しを高速に繰り返すことで、私達には複数のアプリケーションが同時に動作しているように感じられるのです。例えば、文書作成ソフトで文章を書きながら、音楽ソフトで音楽を聴くことができます。これは、文書作成ソフトがCPUの使用権を音楽ソフトに渡すことで、音楽が途切れることなく再生され、また音楽ソフトがCPUの使用権を文書作成ソフトに渡すことで、文章を書き続けることができるからです。このように、ノンプリエンプティブマルチタスクは、アプリケーション自身が協調してCPUの使用権を譲り合うことで、限られた資源を有効活用し、複数の処理を効率的に実行することを可能にしています。

協力が不可欠なノンプリエンプティブ方式

コンピュータの世界では、複数の作業を同時に行っているように見せる仕組みがあります。これをマルチタスクと呼びますが、その実現方法の一つにノンプリエンプティブ方式があります。

ノンプリエンプティブ方式では、複数のアプリケーションソフトがCPUと呼ばれる処理装置を順番に利用して作業を進めます。この方式では、アプリケーションソフト同士の協力が非常に重要になります。

なぜなら、あるアプリケーションソフトがCPUの使用権を他のアプリケーションソフトに譲らずに使い続けてしまうと、他のアプリケーションソフトは処理を待たされ続けることになるからです。その結果、パソコン全体が遅くなってしまい、私たちが普段行っている作業に支障が出てしまう可能性があります。

さらに、悪意のあるアプリケーションソフトがCPUを独占してしまうと、他のアプリケーションソフトは全く動作できなくなり、パソコンが正常に動作しなくなる可能性もあります。

このように、ノンプリエンプティブ方式では、アプリケーションソフト同士が協調し、CPUの使用時間を適切に譲り合うことが、パソコンを快適に利用するために不可欠なのです。

ノンプリエンプティブマルチタスクのメリット

– ノンプリエンプティブマルチタスクのメリットノンプリエンプティブマルチタスクは、複数のアプリケーションソフトが、あたかも同時に動作しているかのように見せる技術です。この方式では、各アプリケーションソフトがCPUの使用時間を自分で管理します。これは、オペレーティングシステム（OS）がCPU時間を強制的に割り当てるプリエンプティブ方式とは対照的です。ノンプリエンプティブマルチタスクの最大の利点は、システム全体にかかる負荷が小さいという点です。OSがCPU時間という資源を管理する必要がないため、システム全体の処理がシンプルになり、資源の消費を抑えられます。このため、処理能力の低いコンピュータや限られたメモリ容量しかない環境でも、複数のアプリケーションソフトを比較的スムーズに動作させることができます。仕組みが単純であることも大きなメリットです。プリエンプティブ方式のように、OSが複雑な処理を行ってCPU時間を管理する必要がないため、システム開発の負担を軽減できます。また、プログラムの動作が予測しやすいため、開発者はデバッグやパフォーマンスチューニングを容易に行うことができます。しかし、ノンプリエンプティブマルチタスクには、ある特定のアプリケーションソフトがCPU時間を使いすぎると、他のアプリケーションソフトの実行が遅延するという欠点もあります。これは、各アプリケーションソフトがCPU時間を自主的に明け渡すことを前提としているため、特定のアプリケーションソフトがCPU時間を独占してしまう可能性があるためです。まとめると、ノンプリエンプティブマルチタスクは、システムへの負荷が小さく、シンプルな仕組みで実現できるというメリットがあります。しかし、CPU時間の使い方によっては、アプリケーションソフトの実行速度が不安定になる可能性もあるという点は注意が必要です。

ノンプリエンプティブマルチタスクのデメリット

– ノンプリエンプティブマルチタスクのデメリット

ノンプリエンプティブマルチタスクは、複数のプログラムを並行して実行できる便利な仕組みですが、一方で、システム全体の安定性や応答性という観点から見ると、いくつかの課題も抱えています。

ノンプリエンプティブマルチタスクでは、CPUの使用権の切り替えは、オペレーティングシステムではなく、アプリケーションソフト自身に委ねられています。これは、それぞれのアプリケーションソフトが、他のプログラムにCPUを譲るための適切な処理を組み込む必要があることを意味します。

しかし、もしあるアプリケーションソフトが、何らかの理由でCPUの使用権を適切に解放しなかった場合、どうなるでしょうか？

この場合、他のアプリケーションソフトは、CPUが空くまで待たされ続け、処理を進めることができなくなります。その結果、システム全体のパフォーマンスが低下し、ユーザーは画面のフリーズや操作の遅延といった問題に直面することになります。

最悪の場合、システム全体が応答不能に陥り、いわゆる「フリーズ」状態に陥ってしまう可能性もあります。こうなってしまうと、ユーザーは強制的にシステムを再起動せざるを得なくなり、作業中のデータが失われてしまうリスクも伴います。

このように、ノンプリエンプティブマルチタスクは、アプリケーションソフトの設計や実装に大きく依存する側面があり、システム全体の安定運用には注意が必要です。