並行処理

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プロセス間通信:並行処理を支える技術

- プロセス間通信とはコンピュータ上でプログラムを実行すると、それはプロセスとして動作します。プロセスはそれぞれが独立したメモリ空間を持っており、他のプロセスと直接データのやり取りを行うことはできません。これは、あるプロセスが他のプロセスのメモリ領域に誤ってアクセスしたり、変更したりすることを防ぎ、システム全体の安定性を保つために重要な仕組みです。しかし、多くのアプリケーションでは、複数のプロセスが連携して動作する必要があります。例えば、ウェブページを閲覧する際、画面に表示されるまでには、様々なプロセスが連携して動作しています。ウェブページのデータを取得するプロセス、それを解析して画面に表示するプロセス、画像や動画などを扱うプロセスなど、それぞれが役割分担をしています。このような、複数のプロセスが協力して一つの処理を行うためには、プロセス間でデータのやり取りを行う仕組みが必要になります。プロセス間通信(IPC)とは、このような複数のプロセス間でデータのやり取りを行うための仕組みです。IPCを利用することで、異なるプロセスが互いに情報を共有し、連携して動作することができます。IPCには、様々な方法があります。例えば、パイプや名前付きパイプ、共有メモリ、メッセージキュー、ソケットなどがあります。それぞれに特徴があり、アプリケーションの要件に合わせて適切な方法を選択することが重要です。プロセス間通信は、現代のコンピューティングにおいて非常に重要な役割を担っています。複雑なアプリケーションやシステムの多くは、プロセス間通信によって成り立っているといっても過言ではありません。
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擬似マルチタスクとは?

- 擬似マルチタスクの概要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える技術があります。これを「擬似マルチタスク」と呼びます。一見すると、複数のソフトウェアを同時に操作できているように感じますが、その仕組みは少し複雑です。実際には、コンピュータは非常に短い時間で処理対象を切り替えながら、それぞれの作業を少しずつ進めています。例えば、文章作成ソフトで文字を入力しながら、同時に音楽を再生している場合を考えてみましょう。コンピュータは、ほんの一瞬だけ文章作成ソフトに処理時間を与え、次の瞬間には音楽再生ソフトに処理時間を切り替えています。この切り替えが非常に高速であるため、私たちには複数の作業が同時に行われているように感じられるのです。このように、擬似マルチタスクは、短い時間間隔で処理を切り替えることで、複数の作業を同時に行っているかのように見せかける技術です。しかし、実際には、各作業は順番に処理されているため、真の意味での同時処理ではありません。これは、1つのCPUが限られた時間資源を複数の作業に割り当てている状態と言えます。擬似マルチタスクは、限られた処理能力を持つコンピュータにおいて、複数の作業を効率的に処理するために欠かせない技術です。
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協調的マルチタスク:仕組みと利点

- 協調的マルチタスクとは 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技術がいくつかあります。その一つが「協調的マルチタスク」と呼ばれる仕組みです。 通常、プログラムは決められた手順に従って、順番に処理を進めていきます。しかし、協調的マルチタスクでは、複数のプログラム(タスク)がそれぞれ自分の処理時間を管理し、他のタスクに処理を譲るタイミングを自ら決めることで、一見複数の作業が同時に行われているように見せかけます。 例えば、音楽を再生しながら文章を作成する場合を考えてみましょう。協調的マルチタスクでは、音楽再生プログラムと文章作成プログラムがそれぞれ自分の処理時間を持ち、音楽プログラムは一定時間音楽を再生したら、文章作成プログラムに処理を譲ります。文章作成プログラムはキーボード入力や画面表示など、必要な処理を終えると、再び音楽再生プログラムに処理を戻します。 このように、各プログラムが自ら処理を中断し、他のプログラムに処理を譲り合うことで、全体として複数の作業がスムーズに進むように調整するのが協調的マルチタスクの特徴です。ただし、それぞれのプログラムが適切に処理時間を管理し、他のプログラムに影響を与えないように注意する必要があります。もし、あるプログラムが処理時間を独占してしまうと、他のプログラムが実行できなくなり、全体が停止してしまう可能性もあります。
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作業効率を劇的に向上!パラレル処理のススメ

- パラレル処理とはパラレル処理とは、複数の処理を同時に実行することで、全体の処理時間を短縮する技術です。例として、10個のりんごの皮むき作業を想像してみてください。一人で黙々と皮をむくよりも、5人に分担して作業した方が、早く終わりますよね。このように、作業を分割して同時進行させることで、大幅な時間短縮が可能になるのです。コンピュータの世界でも、このパラレル処理は頻繁に利用されています。例えば、複雑な計算処理を行う場合、従来のコンピュータでは1つの処理装置(CPU)で順番に計算していました。しかし、パラレル処理を用いることで、複数の処理装置に計算を分担させて、同時並行で処理することができます。パラレル処理のメリットは、処理時間の短縮だけではありません。複数の処理装置で負荷を分散することで、1台あたりの処理装置にかかる負担を軽減し、コンピュータ全体の性能向上にも繋がります。ただし、すべての処理がパラレル処理に適しているわけではありません。処理の内容によっては、分割できないものや、順番に処理する必要があるものもあります。そのため、パラレル処理を効果的に活用するには、処理内容を分析し、適切な分割方法を検討することが重要です。