マルチタスクとは？仕組みや種類をわかりやすく解説

マルチタスクとは？仕組みや種類をわかりやすく解説

マルチタスクの定義

– 複数の仕事を同時に行う仕組み

「マルチタスク」とは、コンピューターが複数の処理をまるで同時にこなしているように見せる技術のことです。 しかし実際には、非常に短い時間で処理を切り替えながら、それぞれの作業を進めています。

たとえば、音楽を聴きながらメールを作成し、さらにインターネットで情報を検索する場合を考えてみましょう。コンピューターは、音楽再生、メール作成、インターネット検索という三つの処理を、ほんの一瞬だけ処理しては次の処理へと切り替えています。この切り替えが非常に高速であるため、私たちにはあたかもすべての作業が同時に進行しているかのように感じられるのです。

この処理の切り替えは、人間の目では追いつかないほどの速さで行われます。そのため、私たちには複数の作業が滞りなく同時に実行されているように見えるのです。マルチタスクは、現代のコンピューターにとって欠かせない機能の一つと言えるでしょう。

マルチタスクの仕組み

コンピューターの頭脳である中央処理装置（CPU）は、プログラムに書かれた指示を一つずつ処理することで様々な動作を実現しています。しかし、CPUは一度に一つの処理しか行うことができません。そこで、複数のプログラムを同時に処理しているように見せる技術がマルチタスクです。

マルチタスクを実現するために、CPUの処理時間は非常に短い単位で分割され、それぞれのプログラムに割り当てられます。例えば、プログラムAとプログラムBを同時に実行する場合、CPUはまずプログラムAに短い時間だけ処理を割り当てます。そして、決められた時間が経過すると、プログラムAの処理を中断し、プログラムBに処理を移します。

この切り替えは非常に高速で行われるため、私たち利用者は処理の遅延をほとんど感じることなく、複数のアプリケーションを同時に操作することができます。例えば、文書作成ソフトで文章を書きながら、インターネットブラウザで情報を検索したり、メールソフトでメールを確認したりすることができます。

このように、マルチタスクはCPUの処理時間を巧みに切り替えることで、複数のプログラムを効率的に実行することを可能にしています。これにより、コンピューターはより多くの作業を同時に行えるようになり、私たちの生活をより豊かにしています。

マルチタスクの種類

– マルチタスクの種類コンピュータの世界では、一見同時に複数の作業をこなしているように見える状況を「マルチタスク」と呼びます。このマルチタスクを実現するために、大きく分けて二つの方式が存在します。一つ目は「プリエンプティブマルチタスク」と呼ばれる方式です。この方式では、コンピュータを管理する役割を担う基本ソフトウェアである「オペレーティングシステム（OS）」が、各プログラムの実行時間を細かく区切り、強制的に切り替えながら処理を進めます。例えるなら、先生が生徒一人ひとりに決められた時間だけ発表させる授業のようなイメージです。この方式の利点は、OSが全体を管理するため、特定のプログラムが暴走しても他のプログラムやシステム全体への影響を抑えられるという点です。安定性や応答性の高さから、現在普及している多くのOSで採用されています。二つ目は「ノンプリエンプティブマルチタスク」と呼ばれる方式です。こちらは、各プログラム自身が処理時間を自ら制御し、他のプログラムに処理を譲るかどうかを決定する方式です。先生がいなくても、生徒たちが話し合って順番に発表する自主的な授業をイメージすると分かりやすいでしょう。この方式はプログラム側の実装がシンプルになりますが、ひとたびプログラムが処理を譲らず動き続けると、他のプログラムが実行できなくなる可能性も孕んでいます。このように、マルチタスクには異なる方式が存在し、それぞれに利点と欠点があります。コンピュータがどのように複数の作業を処理しているのか、少し意識してみると面白いかもしれません。

プリエンプティブマルチタスク

– プリエンプティブマルチタスク

コンピュータの世界では、複数のプログラムを同時に処理しているように見えますが、実際にはCPUは一度に一つの処理しか行えません。そこで複数のプログラムを効率よく処理するために、OSは工夫を凝らしています。その一つが「プリエンプティブマルチタスク」と呼ばれる方式です。

プリエンプティブマルチタスクでは、OSが指揮者のような役割を担います。OSは、あらかじめ決められた短い時間間隔で、現在実行中のプログラムを強制的に中断させます。そして、次にどのプログラムを実行するかを判断し、そのプログラムにCPUの利用権を渡します。この動作は非常に高速に行われるため、利用者にとっては複数のプログラムが同時に動いているように見えるのです。

従来の方式では、プログラム自身がCPUの利用時間を管理していました。しかし、これは一部のプログラムがCPUを独占してしまう危険性がありました。その点、プリエンプティブマルチタスクでは、OSが強制的にプログラムを切り替えるため、特定のプログラムがCPUを長時間占有することを防ぎます。

このように、プリエンプティブマルチタスクは、システム全体の応答性を保ち、安定性を高める上で非常に有効な方式です。特に、複数のプログラムを同時に実行する必要がある場合や、リアルタイム性が求められるシステムにおいて大きな力を発揮します。

ノンプリエンプティブマルチタスク

– ノンプリエンプティブマルチタスク

コンピュータの世界では、複数のプログラムを同時に実行しているように見せる技術があります。これをマルチタスクと呼びますが、その実現方法には様々なものがあります。その中でも、-ノンプリエンプティブマルチタスク-は、プログラム自身が処理の実行時間を管理する方式です。

ノンプリエンプティブマルチタスクでは、プログラムは自分の担当範囲を決められた時間内に処理し、その後、自主的に処理を中断して、OS(オペレーティングシステム)に制御を戻します。これは、決められた時間内にリレー走の走者がバトンを渡すことに似ています。

この方式の利点は、プログラム側で処理時間を調整できる点にあります。例えば、優先度の高い処理に多くの時間を割り当てたり、逆に、優先度の低い処理は短い時間で区切って実行したりすることができます。これにより、限られた計算資源を効率的に使うことができます。

しかし、ノンプリエンプティブマルチタスクには欠点もあります。もし、あるプログラムが処理を適切なタイミングで中断せず、長時間占有し続けてしまった場合、他のプログラムは待たされ続け、システム全体の応答速度が遅くなってしまう可能性があります。これは、リレー走で一人の走者がバトンを渡さずに走り続けてしまう状況に似ています。

このように、ノンプリエンプティブマルチタスクは、プログラム自身に処理時間の管理を任せることで、柔軟性と効率性を追求する一方、システム全体の安定性を損なうリスクも孕んでいると言えます。

マルチタスクのメリット

– マルチタスクのメリットマルチタスクの最大の利点は、複数の作業を同時に行うことで、作業時間の短縮につながることです。例えば、資料を作成している最中に、インターネットで必要な情報を探すことができますし、音楽を聴きながら電子メールの確認をすることも可能です。このように、一つの作業が終わるのを待つことなく、並行して別の作業を進めることができるため、限られた時間の中でも多くのことをこなせるようになります。また、マルチタスクはコンピューターにとっても利点があります。コンピューターは、ある作業を行っていない間も、その資源は空いたままになっています。マルチタスクでは、この空き資源を有効活用して、複数の作業を同時に行うため、コンピューター全体の性能を最大限に引き出すことができます。しかし、マルチタスクには注意すべき点もあります。人間の集中力は限られているため、あまりにも多くの作業を同時に行うと、それぞれの作業の質が低下する可能性があります。また、作業を切り替える際に、思考の切り替えがうまくいかず、かえって時間がかかってしまうこともあります。マルチタスクを効果的に活用するためには、自分の集中力と相談しながら、同時に行う作業数を調整することが重要です。