プリエンプティブスケジューリング とは？

OSが「はい、あなたの時間は終わり！次の人に交代！」と、実行中のプロセスを強制的に中断してCPUを別のプロセスに渡す仕組みだよ。学校の授業で先生がタイマーを使って発表者を交代させるようなイメージだね。

代表的なのはタイムスライス方式で、各プロセスに一定時間（例: 数十ミリ秒）を割り当てて、時間が来たらタイマ割り込みで強制切り替えするんだ。優先度ベースの方式だと、高優先度のプロセスが来た瞬間に切り替わることもあるよ。

コンテキストスイッチという仕組みで、レジスタやプログラムカウンタの状態をメモリに退避しておくんだ。だから次にそのプロセスの番が来たら、中断したところからそのまま再開できるよ。

現代の汎用OSはほぼすべてプリエンプティブ方式だよ。Windows、Linux、macOSみんなそう。一方、ノンプリエンプティブスケジューリングはプロセスが自発的にCPUを返すまで待つから、1つのプロセスがCPUを独占するリスクがあるんだ。

リアルタイムOSではさらに厳密で、優先度の高いタスクが発生したら即座にコンテキストスイッチが起きるように設計されているよ。車のエアバッグ制御や医療機器のように、数ミリ秒の遅れが許されない場面では「いつでも最優先タスクにCPUを渡せる」保証がとても重要なんだ。

コンテキストスイッチ自体にわずかなオーバーヘッドがかかるのと、共有リソースへのアクセス中に切り替わると競合状態が起きやすくなるんだ。だからロックやセマフォで排他制御が必要になる。強制切り替えの代償として同期処理が複雑になるのが、プリエンプティブ方式の宿命だね。