基本情報技術者 2019年 秋期 午前（科目A） 問13

多重割込みのプリエンプト【午前解説】

正解の理由

解法ステップ

• 多重割込み許可：高優先度が到着したら低優先度の処理をプリエンプトする（即時割込み）。
• 同一優先度間：同一割込みが重複到着した場合は「既に実行中／保留なら順次処理される」と仮定（今回の到着時刻では重複同時到着はない）。
• 呼出し／復帰オーバヘッドは無視。

• A：処理時間 $0.5\mathrm{ms}$、発生時刻 1,2,3,4 ms（計4回）
• B：処理時間 $1.5\mathrm{ms}$、発生時刻 0,5 ms（0 ms の発生のみ区間内で影響）
• 間隔はミリ秒刻み

• 0.0–1.0 ms：B が到着しているため B 実行（B の実行量 1.0 ms）
• 1.0 ms：A 到着 → B をプリエンプト、A 実行 1.0–1.5 ms（A1：0.5 ms）
• 1.5–2.0 ms：A 終了後、B の残り 0.5 ms を再開して完了（B は計 1.5 ms 完了）
• 2.0–2.5 ms：A 到着（時刻2） → A 実行（A2：0.5 ms）
• 2.5–3.0 ms：割込みなし → メイン実行（0.5 ms）
• 3.0–3.5 ms：A 到着（時刻3） → A 実行（A3：0.5 ms）
• 3.5–4.0 ms：割込みなし → メイン実行（0.5 ms）
• 4.0–4.5 ms：A 到着（時刻4） → A 実行（A4：0.5 ms）
• 4.5–5.0 ms：割込みなし → メイン実行（0.5 ms） （5.0 ms で区間終了。B の 2 回目発生は時刻5で区間外扱い）

• 割込みによるCPU占有合計：B (1.5 ms) + A×4 (0.5×4 = 2.0 ms) = 3.5 ms
• よってメインに残る CPU 時間 = $5.0-3.5=1.5\mathrm{ms}$

選択肢別の誤答解説

• ア（2 ms）
  表面上は妥当そうに見えますが、上記の厳密な時系列を追うと合計割込み処理時間が3.5 ms となり、5−3.5=1.5 ms になります。したがって ア は時系列の重複・プリエンプトの扱いを誤った計算結果です。
• イ（2.5 ms）
  割込み合計を $2.5\mathrm{ms}$ と誤って算出している場合。典型的なミスは、B の処理時間を短く見積もる、または A の回数を3回と数えることです。いずれも到着時刻とプリエンプトのルール無視に起因します。
• ウ（3.5 ms）
  これは「メインが利用できる時間」としては不正解。3.5 ms は実際には割込みが占める合計時間（B 1.5 + A×4 2.0）に等しく、問題は“メインが利用できるCPU時間”の算出なので選べません。
• エ（5 ms）
  割込みが全く影響しないとした極端な誤り。問題文で割込み発生が明示されているためありえません。

よくある誤解

• 割込みが到着しても「現在の割込みが終わるまで後回し」と誤解する。
  高優先度割込みが到着した場合は即時プリエンプトする（問題文の前提）。
• 同一割込みが連続到着するときに「同時到着分をまとめて処理できる」と考える誤り。
  実際は各到着に対して所定の処理時間が必要（問題に特別な合成の指示がない限り個別処理）。
• 到着時刻が境界（例：2.0 ms）にある場合の扱いをあいまいにすること。
  到着が処理終了と同時刻なら「処理終了後に到着した」と見なすのか「同時に到着した」と見なすのかで結果が変わるため、明示的に前提（ここでは“到着時に優先度で即時処理”が優先される）を置く必要があります。

補足コラム

• 「多重割込み許可」と「優先度」によるプリエンプトはリアルタイム設計で頻出の概念です。設問では「呼出し・復帰オーバヘッド無視」とあるため、単純に処理時間の合計と時系列での占有を積算すれば良く、オーバヘッドを考慮する場合はさらに短いメイン利用可能時間になります。
• 実装上は、割込みの到着が処理終了と同時刻に起きる場合の優先順位や、同一割込みの重複到着の扱い（エッジ／レベルトリガ、デバウンスなど）は設計仕様に依存します。試験では文面の前提を明確に読み取り、それに従うことが重要です。

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