基本情報技術者 2011年 春期 午前（科目A） 問18

CPUとI/Oの排他スケジューリング【午前解説】

正解の理由

解法ステップ

1. 図の目盛を単位として各ブロック長を読み取る（CPU ブロック = 1 単位、I/O ブロック = 2 単位と仮定）。
2. I/O が逐次（1 台で FIFO）になった場合の時系列を追う（I/O 使用中の要求はキューに入る）。
3. 時刻ごとに CPU が誰を実行しているか、I/O が誰を処理しているかを並べて書く。
4. CPU の稼働区間を合計し（ここでは 6 単位）、最終終了時刻（ここでは 10）で割る：$6/10=0.6$。
5. 百分率に直して 60% とする。

• 0–1: A の CPU1（CPU 稼働）
• 1–3: A の I/O（I/O が占有）／1–2: B の CPU1（CPU 稼働） → 2–3: CPU はアイドル
• 2（B の I/O 要求発生）はキューに入り 3–5 に実行（A の I/O 完了後）
• 3–4: A の CPU2（CPU 稼働）
• 4–5: CPU アイドル（次の CPU 要求はまだ I/O 待ち）
• 5–6: B の CPU2（CPU 稼働）／5–7: A の I/O（キューで実行）
• 6–7: CPU アイドル
• 7–8: A の CPU3（CPU 稼働）
• 8–9: CPU アイドル（B の I/O 実行中）
• 9–10: B の CPU3（CPU 稼働）
  CPU 稼働合計 = 1+1+1+1+1+1 = 6、全経過時間 = 10 → CPU 使用率 = $6/10=60\%$。

選択肢別の誤答解説

• ア: 43% — CPU と I/O の長さ比を誤って読み、I/O の待ち時間を過小評価した結果。
• イ: 50% — CPU の稼働時間（6 単位）または全経過時間（10 単位）のどちらかを間違えて半分とした誤り。
• ウ: 60% — 図の目盛比と FIFO の逐次処理を正しく適用した値。
• エ: 75% — I/O の直列化による待ち（CPU アイドル）を無視して、ほぼ並列動作のまま計算した誤り。

よくある誤解

• I/O が並列で動く元の図のスケジュールと混同して「I/O の重なりで CPU は常に稼働する」と誤解する。逐次化では I/O が待ち行列を作り CPU にアイドルが発生する。
• 各ブロックの長さを正確に数えず「CPU ブロック＝I/O ブロック」と仮定してしまうと誤った割合を出す。図の目盛で長さ比を確認すること。
• I/O の「要求発生順（FIFO）」という条件を見落とし、優先度や入れ替えができると誤って計算する。

補足コラム

• この種の問題は「ブロックの相対長さを目盛で読み取る」「I/O の並列性（同時処理／逐次処理）」「要求の処理順（FIFO か否か）」を正確に把握する力が問われます。
• 一般式：CPU 使用率 = (全タスクの CPU 合計時間) / (全体の経過時間)。逐次 I/O により経過時間は I/O のキュー待ちで伸びるため使用率が低下します。
• 改善策の例：I/O デバイスの増設や非同期処理、I/O と CPU のオーバーラップを増やすスケジューリングで CPU 使用率が向上します。

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