基本情報技術者 2018年 秋期 午前（科目A） 問16

タスクの優先度によるスケジューリングとCPU遊休時間の計算【午前2 解説】

要点まとめ

• 結論: 優先度方式（高優先度が常にCPUを奪うプリエンプティブ）で進めるとCPUの遊休時間は合計で3ミリ秒です。
• 根拠: 各タスクのCPU実行→I/O滞在→再CPU実行を時系列で追い、CPUが実行可能タスク不在の間を合算しました。
• 差がつくポイント: I/O待ちで全タスクがブロックする瞬間を見逃すと遊休時間を過少評価するミスが多発します。

正解の理由

よくある誤解

• 「優先度方式＝非プリエンプティブ」と考える誤解：本問は高優先度が優先されるためプリエンプティブと解釈して時系列で割当てるのが正解です。
• I/O が競合しないため「I/O完了が同時でもCPUは常に埋まる」と誤解する点：実際は全タスクがI/O中だとCPUは遊休になります。
• 各タスクの第2CPU実行が同時に来ると仮定して重複を数える誤り：CPUは1個なので先着・優先度で順次処理される点を忘れがちです。

解法ステップ

1. 各タスク動作を時系列で書き出す（CPUとI/Oの開始・終了時刻を追う）。
2. 優先度（高＞中＞低）に従い、CPUが空いた時点で最も高い実行可能タスクを割り当てる（プリエンプティブ可）。
3. 全タスクがI/O中でCPUに実行可能タスクが無い区間を見つけ、その時間長を合計する。
4. 最終的に全タスク終了までのCPU遊休時間を求め、選択肢と比較する。

• t=0〜3: 高のCPU(3) 実行 → 高は t=3 でI/O(5)へ（終了 t=8）
• t=3〜5: 中のCPU(2) 実行 → 中は t=5 でI/O(6)へ（終了 t=11）
• t=5〜6: 低のCPU(1) 実行 → 低は t=6 でI/O(5)へ（終了 t=11）
• t=6〜8: 全タスクI/O中のためCPU遊休（2ms）
• t=8〜10: 高のCPU(2) 実行 → 高終了 t=10
• t=10〜11: 中・低はいまだI/O中のためCPU遊休（1ms）
• t=11〜13: 中のCPU(2) 実行 → 中終了 t=13
• t=13〜14: 低のCPU(1) 実行 → 低終了 t=14
  遊休時間合計 = $2+1=3\mathrm{ms}$

選択肢別の誤答解説

• ア: 2 — 初めの遊休区間のみ（t=6〜8の2ms）を数え、t=10〜11の1msを見落としている誤り。
• イ: 3 — 正解。すべての遊休区間（t=6〜8 と t=10〜11）を合算すると3msになるため正しい。
• ウ: 4 — どこかで重複や余分な遊休区間を想定してしまった可能性。実際の遊休は2msと1msの合計で3ms。
• エ: 5 — 全I/O時間の合計などを誤って遊休時間と見なした誤り。I/O時間全体は遊休に直結しない（CPUが他タスクを実行できる場合がある）。

補足コラム

• プリエンプティブ優先度スケジューリングの計算では「I/Oによるブロック」がCPU遊休を生む主要因です。特に複数タスクのI/O終了時刻が重ならず、I/O終了の間隔でCPUが埋まらない場合、短時間の遊休が複数回生じます。
• 解く際はGanttチャート（ガント図）を手で描くと視認性が良くミスが減ります。簡単な表形式で「時刻／実行中タスク／I/O中タスク」を追うのが有効です。

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