オペレーティングシステム – 4日目：プロセススケジューリング| Rajyalakshmi Malleboyina | 9月、2025年

導入

最新のオペレーティングシステムは、複数のプロセスを同時に処理するように設計されています。ただし、CPU、メモリ、I/Oデバイスなどのシステムリソースは限られています。すべてのプロセスが制御せずにこれらのリソースに同時にアクセスしようとした場合、システムはすぐに混oticとして非効率になります。

これがここです スケジューリング 登場します。スケジューリングは、オペレーティングシステムが決定するメカニズムです どのプロセスがリソースにアクセスできますか。プロセスの実行順序を慎重に管理することにより、スケジューリングにより、リソースが効果的に使用され、プロセスが合理的な時間で完了し、ユーザーがスムーズなシステムパフォーマンスを体験できるようになります。

特に、効果的なスケジューリングは以下につながります。

• 最大CPU使用率 – プロセッサを可能な限り忙しくしてください。
• 公平性 – 各プロセスにかなりのリソースを提供します。
• 効率と応答性 – 待ち時間の短縮とユーザーエクスペリエンスの向上。

プロセスのスケジューリングとは何ですか？

プロセススケジューリング プロセスが次のようなシステムリソースにアクセスできる順序を決定するオペレーティングシステムの基本的なアクティビティです CPU、I/Oデバイス、およびメモリ。複数のプロセスが、公平性を維持し、パフォーマンスの目標を達成しながら、限られたリソースを効率的に共有できることを保証します。

で マルチプログラミングオペレーティングシステム、いくつかのプロセスが一度にメモリにロードされます。すべてのプロセスを同時に提供できる単一のリソースはないため、スケジューラはどのプロセスを実行、待機、または取得するかを決定します。この効率的な割り当てにより、最大のリソース使用率とより良い全体的なシステムスループットが可能になります。

プロセススケジューリングキュー

オペレーティングシステムは、プロセススケジューリングのために次のキューを維持しています。

• ジョブキュー – システム内のすべてのプロセスを保持します。
• 準備ができたキュー – CPUを取得する準備ができているすべてのプロセスを保持します。新しいプロセスは常にこのキューに入れられます。
• デバイスキュー – I/Oデバイスが利用できないため、すべてのプロセスをブロックしたままにします。

プロセススケジューリングの目的

• 最大CPU使用率 – CPUをできるだけ忙しくしてください。
• 最大スループット – 特定の時間制限内で完了したプロセスの数。
• 最小待ち時間 – 準備が整ったキューでプロセスが待機する時間。

スケジューリングの種類

1. 先制スケジューリング：

このタイプのスケジューリングでは、オペレーティングシステムには 実行プロセスを中断します そして、別のプロセスにCPUを与えられるように、それを準備したキューに戻します。

• 応答性が重要な時間共有システムで役立ちます。
• 例：ラウンドロビン、最初の最短時間（SRTF）。

2。非寛容なスケジューリング：

ここで、CPUでプロセスが実行され始めたら、 中断することはできません 実行が終了するか、CPUを自発的にリリースするまで（たとえば、I/Oを待っています）。

• 実装がより簡単ですが、インタラクティブシステムの応答時間が悪い場合があります。
• 例：最初のサーブ（FCFS）、最初の最短のジョブ（SJF）、最初のサーブ（FCFS）。

スケジューラの種類

1. 長期スケジューラ（ジョブスケジューラ）

• ジョブプール（ディスク上）からどのプロセスをメインメモリにロードするかを決定します。
• 制御します マルチプログラムの程度 （一度にシステムにあるプロセスの数）。
• 頻繁に実行されません。

2。中期スケジューラ

• 一時的に プロセスを一時停止または再開します CPUとメモリ使用量のバランスをとる。
• 多くの場合、プロセスをメモリから（ディスクに）交換し、後でそれらを元に戻します。
• 負荷を削減することにより、システム全体のパフォーマンスを改善するのに役立ちます。

3。短期スケジューラ（CPUスケジューラ）

• 非常に頻繁に実行されます。
• 選択します 準備ができたキューのどのプロセス 次にCPUを取得します。
• CPUスケジューリングアルゴリズム（FCFS、SJF、ラウンドロビン、優先度）を使用します。

コンテキストスイッチング

コンテキストスイッチングはプロセスです CPUをあるプロセスから別のプロセスに切り替えます。スケジューラまたは外部イベントのいずれかのいずれかで実行中のプロセスが中断されると、オペレーティングシステムは現在の状態（レジスタ値、プログラムカウンター、メモリマップなど）を保存します。 プロセス制御ブロック（PCB）。次に、実行される次のプロセスの保存された状態をロードします。

マルチタスクには不可欠ですが、コンテキストスイッチングは導入されます オーバーヘッド 実際の作業を行わずにCPUサイクルを消費するためです。引き起こす可能性もあります キャッシュ無効化と遅延、システムのわずかに遅くなります。コンテキストスイッチが頻繁に発生しすぎると、プロセス状態の一定の節約と復元により、全体的なパフォーマンスが低下する場合があります。

CPUスケジューリング

CPUスケジューリング プロセススケジューリングの特定の部分であり、 CPU。によって実行されます 短期スケジューラ、からプロセスを選択します 準備ができたキュー CPUがアイドルになり、実行のために割り当てるたびに。

それに注意することが重要です CPUスケジューリングは、プロセススケジューリングのサブセットです：

• プロセススケジューリング（より広範な概念）： を含むすべてのシステムリソースをスケジュールするという全体的なメカニズムを指します CPU、I/Oデバイス、およびメモリ。それには、長期、中期、および短期のスケジューリングの決定が含まれます。
• CPUスケジューリング（狭い焦点）： 決定だけに関心があります どのプロセスがCPUを取得します 準備ができたキューから。 I/Oやメモリの割り当てを扱いません。

要するに、 プロセススケジューリングは、すべてのリソースを管理します、 その間 CPUスケジューリングは、プロセッサのみに焦点を当てています。

CPUスケジューリングアルゴリズム

1。 First Come FirstErf（FCFS）

• プロセスは、準備が整ったキューに到着する順序で実行されます。
• 非償還。
• 欠点：長いプロセスがその背後にあるすべての短いプロセスを遅らせ、平均待機時間を増やす船団効果に苦しんでいます。

2。 最初の仕事（SJF）

• 最小のCPUバースト時間のプロセスが最初に実行されます。
• 非寛容または先制的（最初の最短時間、SRTF）である場合があります。
• 欠点：短いプロセスが到着し続けると、長いプロセスが延期され続ける可能性があるため、飢starを引き起こす可能性があります。
• 解決策：老化を使用して、待機プロセスの優先順位が徐々に増加し、無期限の遅延を防ぎます。

3。 ラウンドロビン（RR）

• タイムシェアリングシステム用に設計されています。
• 各プロセスは、循環順序で固定時間量子を取得します。
• 本質的に先制。
• 公平性を保証しますが、パフォーマンスは選択された時間量に大きく依存します。

4。 優先スケジューリング

• 各プロセスには優先度の値が割り当てられ、CPUは優先度が最も高いプロセスに与えられます。
• 先制的または非寛容である場合があります。
• 問題：低優先プロセスの飢starにつながる可能性があります。
• 解決策：老化を適用して、長すぎるプロセスの優先度を高めます。

5。 マルチレベルキュースケジューリング

• プロセスは、優先順位やタイプなどの特性に基づいて、異なるキュー（前景、背景など）に分割されます。
• 各キューには独自のスケジューリングアルゴリズムがあり、キューは固定優先順序でスケジュールされます。
• 実装がより簡単ですが、剛性（プロセスはキュー間を移動することはできません）。

6。 マルチレベルフィードバックキュースケジューリング

• マルチレベルキューのより柔軟なバージョン。
• プロセスは、動作と実行履歴に基づいてキュー間を移動できます（たとえば、CPUが多すぎるプロセスは、より低優先順位のキューに移動する可能性があります）。
• 現代のOSで広く使用されている応答性と公平性のバランスを取るのに役立ちます。

スケジューリング用語を処理します

以下は、プロセスに関して異なる時間です。

1. 到着時間 – プロセスが準備完了キューに到着する時間。
2. 完了時間 – プロセスが実行を完了する時間。
3. バースト時間 – CPU実行のプロセスで必要な時間。
4. 回転時間（tat） – 完了時間と到着時間の時間差。

• 式： Turn Around Time = Completion Time – Arrival Time

5。 待ち時間（WT） – 回転時間とバースト時間の時間差。

• 式： Waiting Time = Turn Around Time – Burst Time

「それは今日の議論を締めくくります！次のブログでは、マルチスレッドの魅力的な世界に飛び込み、プログラムをより速く効率的にする方法を確認します。」

💫読んでくれてありがとう！好奇心を持ち、学習を続けてください！