現代のオペレーティングシステム（OS）は、複数のアプリケーションや処理を同時並行でスムーズに実行する必要があります。
これを支えているのが「プリエンプティブマルチタスク（Preemptive Multitasking）」という技術です。
本記事では、プリエンプティブマルチタスクの基本原理から具体的な動作、ノンプリエンプティブ方式との違い、実用上のメリット・デメリットまで、IT技術者向けにわかりやすく解説します。
プリエンプティブマルチタスクとは何か？
定義と基本概念
プリエンプティブマルチタスクとは、OSがCPUの制御を完全に管理し、複数のプログラムに一定時間ずつCPUを割り当てて強制的に実行を切り替える方式です。
この切り替えはプログラムの意志に依存せず、OSが独自にタイミングを決めて強制的に中断（プリエンプション）します。
これにより、ユーザーは複数のタスクがあたかも同時に処理されているように感じるのです。
プリエンプティブ方式の仕組み
タイムスライスと割り込み
タイムスライスとは
OSはCPUの処理時間を「タイムスライス（time slice）」と呼ばれる短時間の単位に分割し、各プログラムに順番に割り当てます。
1プログラムがこの時間を使い終えると、割り込み（Interrupt）を利用して強制的に次のプログラムに切り替わります。
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例：1プログラムあたり10msのタイムスライス → 高速にタスク切り替えが発生
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タイムスライスが短すぎる：切り替えコスト（コンテキストスイッチ）が増加
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長すぎる：レスポンス低下やリアルタイム性の欠如につながる
コンテキストスイッチの流れ
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実行中のプログラムの状態（レジスタ、スタックなど）を保存
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次のプログラムの保存状態を復元
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CPU制御を次のプログラムに移行
これにより、「並列処理しているように見える」仮想的な並行処理環境が実現されます。
ノンプリエンプティブ方式との違い
非協調と協調の違い
現代OSの多くはプリエンプティブ
現在のデスクトップ・モバイル・組込み系OSは、ほぼ全てプリエンプティブマルチタスクを採用しています。
リアルタイム性やマルチスレッド処理が求められるシステムでは、制御性の高さと効率性が大きな利点となります。
プリエンプティブマルチタスクのメリットと課題
メリット
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高い応答性：ユーザー操作や外部イベントに迅速に対応可能
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安定したマルチタスク制御：暴走プロセスを強制停止できる
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スケーラビリティ：多コアCPUでの並行処理に適応しやすい
デメリット・注意点
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コンテキストスイッチのオーバーヘッド：頻繁な切り替えでCPUリソースを消費
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同期・排他制御の複雑化：スレッドセーフ設計が求められる
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リアルタイム制御には注意が必要：タイミング制御が必要な組込みシステムでは設計が難航する場合も
IT分野での活用例
デスクトップOS（Windows, macOS, Linux）
複数のアプリを同時に起動してもスムーズに操作可能なのは、プリエンプティブマルチタスクによるスケジューリングのおかげです。
スマートフォン（Android、iOS）
バックグラウンドで音楽を再生しながら、チャットアプリを操作できるのも、タスク切り替えが高速かつ安定しているためです。
組み込みシステム（RTOS）
リアルタイムOS（RTOS）でも、プリエンプティブなタスク制御は重要です。
例えば、自動車の制御ユニットや産業機械で、複数センサーデータの処理を正確に切り替えて制御する必要があります。
まとめ
本記事では、プリエンプティブマルチタスクについて以下の観点から解説しました：
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OSがCPUの処理を管理し、プログラムを強制的に切り替える仕組み
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タイムスライスと割り込みを活用して仮想的な同時実行を実現
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ノンプリエンプティブ方式との違いや、メリット・注意点を明確化
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実際のOSや組み込み分野での具体的な応用例
プリエンプティブマルチタスクは、現代のITシステムにおいて欠かせない技術基盤です。
適切に理解し、使いこなすことで、より安定したアプリケーションやシステム設計が可能になります。