タスクスケジューリングとは、オペレーティングシステム（OS）が実行すべきプログラムを選択し、CPUの実行時間を効率的に割り当てる重要なプロセスです。
本記事では、タスクスケジューリングの基本概念、種類、およびスケジューリングアルゴリズムの実際の応用について詳しく説明します。
特に、CPU時間をどう管理し、複数のプログラムを並行して実行するかに焦点を当てます。
タスクスケジューリングの概要
1. タスクスケジューリングとは？
タスクスケジューリングは、OSがプログラム実行のスケジュールを立て、各プログラムにシステム資源を割り当てる仕組みです。
広義には、プログラムの起動や終了を制御する長期スケジューリング、仮想記憶のページ入れ替えを制御する中期スケジューリング、そしてCPU実行時間を割り振る短期スケジューリングの3つのカテゴリに分けられます。
通常、短期スケジューリングが最も注目され、実行中のプロセスに対するCPUの割り当てを行います。
2. 短期スケジューリング
短期スケジューリングは、CPUスケジューリングとも呼ばれ、マルチタスクOSで実装されています。
複数のプログラム（タスクやプロセス）にCPUの実行時間を割り当て、実行プログラムを順に切り替えることで、並列に実行しているかのように見せる技術です。
これにより、効率的なリソースの使用が可能になります。
スケジューリングアルゴリズムの種類
1. 先着順方式（FCFS）
最も単純なスケジューリング方式で、待機中のプロセスをFIFO（First-In First-Out）で処理します。
この方式は、切り替えにかかるオーバーヘッドが小さく、公平な処理を進められますが、長いプロセスがあると全体の性能が低下する可能性があります。
2. ラウンドロビン方式
CPUの実行時間を均等な長さの「タイムスライス」に分割し、実行待ちプロセスに対して順に割り当てる方式です。
各プロセスは一定時間だけCPUを利用し、その後待ち行列の最後尾に並び直します。
タイムスライスを適切に設定することで、公平な処理時間が確保できますが、短すぎるとプロセス切り替えの頻度が増し、オーバーヘッドが大きくなります。
3. 優先度順方式
各プロセスに優先度を設定し、優先度の高いプロセスを優遇して処理する方式です。
重要なタスクを優先的に実行できる利点がありますが、高優先度のプロセスが長時間実行されると、低優先度のプロセスが実行されない「リソーススタベーション」の問題が発生することがあります。
このため、最低限のリソース割り当てを行う工夫が求められます。
まとめ
タスクスケジューリングは、現代のオペレーティングシステムにおいて不可欠な要素です。
適切なスケジューリングアルゴリズムを選択することで、CPUの利用効率を最大限に高め、システム全体のパフォーマンスを向上させることができます。
技術が進化する中で、タスクスケジューリングの理解は、IT分野の専門家にとってますます重要なスキルとなるでしょう。