非協調的な仕事の捌き方：プリエンプティブマルチタスク

非協調的な仕事の捌き方：プリエンプティブマルチタスク

複数の仕事を同時進行？

私達はパソコンを使って、メールを書きながら音楽を聴いたり、動画を見ながらファイルの整理をしたりと、複数の仕事を同時に行っているように感じることがよくあります。これは、パソコンが複数の仕事をまるで同時にこなしているかのように、高速で切り替えながら処理しているためです。

実際には、コンピュータは決められた短い時間で順番に処理を行っており、この短い時間の事を「タイムスライス」と呼びます。そして、このタイムスライスごとに異なる仕事に切り替えることで、私達には複数の仕事が同時に進んでいるように見えているのです。

仕事の切り替え方には、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」と呼ばれる方法で、オペレーティングシステムが主体的に仕事の切り替えタイミングを決定するものです。もう一つは「ノンプリエンプティブ」と呼ばれる方法で、各仕事が自分の処理を終えたタイミングで、次にどの仕事を処理するかをオペレーティングシステムに伝えるものです。

どちらの方法にも利点と欠点があり、状況に応じて使い分けられています。例えば、リアルタイム性が求められるシステムでは、迅速な応答を実現するためにプリエンプティブ方式が適しています。一方、各仕事が自分のペースで処理を進められるノンプリエンプティブ方式は、処理効率の面で優れています。

このように、コンピュータは複数の仕事を同時に行っているように見えても、実際には高度な処理によって、私達に利便性をもたらしてくれています。

協調的な作業分担

– 協調的な作業分担

複数の仕事が存在する場合、それらを効率的に進めるためには、それぞれの仕事に適切な資源(時間や処理能力など)を割り当てる必要があります。その際、各仕事が互いに協力し合いながら資源を融通し合うことで、全体的な効率を向上させることができます。このような作業分担の方法の一つに、「協調的マルチタスク」という方法があります。

協調的マルチタスクでは、各仕事が、他の仕事に資源を譲るべきタイミングを、自身の状況に応じて自律的に判断します。これは、例えるなら、複数の職人が一つの作業台を交代で使う状況に似ています。それぞれの職人は、自分の作業が区切り良いタイミングで、作業台を必要としている他の職人に明け渡します。そして、また自分の順番が来たら、作業を再開します。

このような方法を採用することで、仕事の切り替えがスムーズに行われ、資源の取り合いによる無駄な待ち時間が発生することを防ぐことができます。また、各仕事は、他の仕事の状況を考慮しながら動作するため、全体として調和の取れた効率的な作業分担を実現できます。

割り込み！非協調型マルチタスク

– 割り込み！非協調型マルチタスク「非協調的マルチタスク」は、「プリエンプティブマルチタスク」とも呼ばれ、少し乱暴な仕事の処理方法です。これは、例えるなら、作業中の職人の手を、オペレーティングシステムが強制的に止めて、別の職人に作業を交代させるようなものです。作業を中断された職人は、交代前に何をしていたかを覚えておく必要があります。そうでないと、交代後に作業を再開したとき、どこから手をつければいいのか分からなくなってしまいますよね？ これと同じように、コンピューターでも、作業の切り替え時に、中断された箇所の情報を記録しておく必要があります。これが、余計な手間となるわけです。しかし、この方法にも利点があります。もし、特定の職人が、自分の作業ばかりを続けていたらどうなるでしょうか？他の仕事が滞ってしまい、全体として作業が遅延してしまうかもしれません。それと同じように、特定の処理が処理時間を独占してしまうことを防ぎ、システム全体の応答性を保つことができるのです。このように、非協調型マルチタスクは、強引な方法ではありますが、システム全体のパフォーマンスを向上させるために有効な手段と言えるでしょう。

どちらが良い？それは状況次第

「どちらの方法が良いのか？」という問いに対する答えは、残念ながら「場合による」となります。なぜなら、それぞれの方法には得意な分野と不得意な分野が存在するからです。

例えば、動画を滑らかに再生したり、刻一刻と変化する株価をリアルタイムで表示したりするシステムを考えてみましょう。このようなシステムでは、即座の応答性が何よりも重要になります。このような状況では、優先順位の高い処理を割り込ませることができるプリエンプティブマルチタスクが適しています。しかし、処理の割り込みが頻繁に起こると、システム全体のパフォーマンスが低下する可能性もある点は留意が必要です。

一方、処理のリアルタイム性よりも、システム全体の効率性を重視する場合は、協調的マルチタスクが有効です。これは、複数の処理が互いに譲り合いながら、CPU の使用時間を分担する方法です。処理の切り替えが少なくなるため、システム全体のパフォーマンス低下を抑えられます。しかし、それぞれの処理が適切に処理時間を譲り合わないと、システム全体の応答性が悪くなる可能性があります。

このように、どちらの方法にもメリットとデメリットがあります。重要なのは、システムの要件や特性を考慮し、適切な方法を選択することです。

まとめ：目的に合った方法を選ぼう

今日の計算機は、多くの仕事を同時に行う「マルチタスク」という技術によって、私達の期待を超える処理能力を実現しています。このマルチタスクには、大きく分けて二つの方法があります。一つは「協調的マルチタスク」、もう一つは「プリエンプティブマルチタスク」と呼ばれるものです。

「協調的マルチタスク」は、複数の仕事を少しずつ順番に進める方法です。これは、それぞれの仕事が自分の担当部分を終わらせてから、次の人に順番を渡すという協力的なやり方で行われます。この方法は、プログラムの作成が比較的簡単という利点がありますが、一つの仕事が長い時間作業を続けると、他の仕事が待たされてしまうという欠点もあります。

一方、「プリエンプティブマルチタスク」は、計算機自身が仕事の切り替えを管理する方法です。これは、決められた短い時間で強制的に作業を中断させ、次々に別の仕事に切り替えていくことで、多くの仕事を並行して進めているように見せかけます。この方法は、一つの仕事が長時間占有することがなく、反応速度が求められるシステムに適していますが、切り替えの際に複雑な処理が必要となるため、システム全体の設計は複雑になります。

このように、それぞれの方法には利点と欠点があります。重要なのは、システムの目的や求められる性能に応じて、どちらの方法が最適かを見極めることです。例えば、複雑な計算を高速に行う必要がある場合は「プリエンプティブマルチタスク」が適しており、一方で、限られた資源の中で安定した動作を維持する必要がある場合は「協調的マルチタスク」が適していると言えるでしょう。