基本情報技術者 2018年春期午前（科目A）問16

問題文

三つのタスクA～Cの優先度と、各タスクを単独で実行した場合のCPUと入出力（I/O）装置の動作順序と処理時間は、表のとおりである。A～Cが同時に実行可能状態になって3ミリ秒経過後から7ミリ秒間のスケジューリングの状況を表したものはどれか。ここで、I/Oは競合せず、OSのオーバヘッドは考慮しないものとする。また、表中の（　）内の数字は処理時間を表すものとし、解答群の中の“待ち“は、タスクが実行可能状態にあり、CPUの割当てで待ちであることを示す。

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選択肢

ア：

イ：

ウ：（正解）

エ：

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優先度プリエンプト方式【午前解説】

正解の理由

同時に実行可能になった3タスクを「優先度の高いものがCPUを取得し、戻ってきたら低いものをプリエンプトする」前提で時刻0から順に追うと、観察区間（準備状態から3ms経過した時点＝時刻3msから、その後7ms間＝3–10ms）の各状態は次の通りになります。

A（高優先）：単独で CPU(2)→I/O(2)→CPU(2) のため、時刻0–2で最初のCPUを使い、2–4でI/O、4–6で最後のCPUを使って完了する。したがって観察区間の3–10msでは 3–4 が I/O、4–6 が CPU、6ms以降は完了（CPU占有なし）。
B（中優先）：時刻2にCPUを取り2–4の間に CPU を実行（観察区間内では3–4がCPU）。時刻4にAが戻ってきてプリエンプトされ、4–6は待ち、6–7に残り1msのCPUを実行してから7–12でI/Oへ入る（観察区間では7–10がI/O）。
C（低優先）：A・Bの優先が上位のため観察区間の前半は待ち続け、時刻7–9にCPUを2ms使い、9–11でI/Oを行う（観察区間では7–9がCPU、9–10がI/O）。

この実際の時系列と、図中で「破線＝待ち」「実線＝実行」「破線注記や重なりはプリエンプトや部分実行を示す」と解釈したときに、選択肢ウの描き方（A が 3–4 I/O → 4–6 CPU、B が 3–4 CPU→4–6 待ち→6–7 CPU→7–10 I/O、C が 3–7 待ち→7–9 CPU→9–10 I/O（観察区間内））と一致します。したがって選択肢ウが正しい表現です。

解法ステップ

初期状態（時刻0）で A,B,C が同時に実行可能とする。優先度は A＞B＞C、プリエンプトあり。
各タスクの単独実行パターンを確認：
- A: CPU2 → I/O2 → CPU2
- B: CPU3 → I/O5 → CPU2
- C: CPU2 → I/O2 → CPU3
時刻0から順に割り当てを決定：
- 時刻0–2: A（CPU）
- 時刻2–4: A（I/O）、CPU は空くので B が CPU を開始（B は 3ms 必要）
- 時刻4: A の I/O 終了により A が CPU を取り戻す（プリエンプト）。B は残り 1ms を保持して待ちへ。
- 時刻4–6: A（CPU）で完了
- 時刻6: CPU 空き → B の残り 1ms を優先して割付（時刻6–7）
- 時刻7: B は I/O（7–12）、CPU 空き → C が CPU を取得（7–9）
- 以降 C は I/O（9–11）、A は既に完了
観察区間（3–10ms）に該当する各タスクの状態を抜き出す（上の「正解の理由」参照）。
選択肢の図が「破線＝待ち、重なり＝プリエンプト表現」であることを考慮して突き合わせ、唯一一致するのが選択肢ウであることを確認。

選択肢別の誤答解説

ア：A の CPU が 3–6 のように長く占有しているなど、A が I/O→CPU→CPU の時間配分を誤っている。B を 3–6 で I/O とするが、実際は B は最初に CPU を取り 2–4 の CPU 実行があるため不適合。
イ：A を 3–4 CPU、4–6 I/O の順にしている（CPU と I/O の順序が逆）。A の個別動作順序を守っていないため不可。
ウ：正答（上記参照）。
エ：A を 3–4 I/O → 8–9 CPU のように大きく待たせているが、A の総計処理時間やI/O終了時刻と矛盾する。B を 5–10 I/O と長期間 I/O にしている点も実際のプリエンプト順序と一致しない。

よくある誤解

「図の横軸ラベルと実際の実行区間をそのまま読む」こと：図中の長方形や破線は描画の都合で端点がずれることがあるため、処理時間の合計や前後関係（プリエンプトの有無）で検証する必要があります。
「高優先度タスクは I/O 中もCPUを占有する」と誤解する：I/O中はCPUを離れるため、他タスクがCPUを使えます。I/O完了時に再び高優先度がCPUを奪う（プリエンプト）点を常に確認してください。

補足コラム

プリエンプティブ優先度スケジューリングを解く際は「イベント駆動」で時刻順にイベント（CPU開始・CPU終了・I/O開始・I/O終了）を書き出すとミスが減ります。観察区間が問題に指定されている場合は、その区間の前に起きたイベントも計算して「区間開始時点の状態（誰がCPUを使っているか、誰が待ちか）」を確定することが重要です。

簡単なメモ化（イベント表）例：時刻0: A開始(CPU残2), B待, C待
時刻2: A→I/O(2), B開始(CPU残3→実行)
時刻4: A I/O完了→AがCPUを取得（Bはプリエンプト）
時刻6: A終了、B残1でCPU獲得→6–7実行
時刻7: B→I/O、CがCPU獲得（7–9）…

このようにイベントを列挙すると、観察区間3–10の状態が明確になります。

FAQ

Q. 「破線」が図に重なっているときはどう読めばよいですか？
A. 多くの試験図では、破線＝待ち（実行可能でCPU割当待ち）、破線注記の重なりは「途中でプリエンプトされた」「その区間は部分的に実行されている/されていない」を示します。必ず処理の総時間と前後関係（いつI/Oに入るか、I/Oの長さ）で確認してください。

Q. 観察区間の開始が「準備状態になって3ms経過後」とあるとき、どこから時間を数える？
A. 「準備状態になった瞬間」を時刻0とし、そこから3ms経過した瞬間を観察区間開始（時刻3ms）と考えます。したがって時刻0からのスケジュールを求めて、3ms時点の状態を導出する必要があります。

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