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。

FAQ