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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