リアルタイムOSとは？

リアルタイムOSの意味

決められた時間内に処理を完了することを最優先に設計されたOS。優先度に基づくプリエンプティブなスケジューリングを備え、応答時間の上限が保証される。

リアルタイムOSの具体例

周期タスクが締切内に完了するかを判定するには、そのタスクの実行時間に加えて、周期内に割り込む可能性のある高優先度タスクの実行時間を差し引いて考える。

リアルタイムOSは試験でどう引っ掛けられる？

「リアルタイム＝処理が速い」ではない。求められるのは平均の速さではなく、最悪でも締切を守れること（応答時間の上限保証）で、平均スループットは汎用OSに劣ることもある。またスケジューリングは到着順（FIFO）ではなく優先度に基づくプリエンプティブ方式が基本。

リアルタイムOSと関連する用語

• タスク管理
• 組み込みシステム

リアルタイムOSが出た過去問

• リアルタイムOSにおいて、実行中のタスクがプリエンプションによって遷移する状態はどれか。

  正解：実行可能状態

  要点：プリエンプトされたタスクは実行可能状態へ戻る

  プリエンプションは、より優先度の高いタスクの発生やタイムクォンタムの満了によって、実行中のタスクからCPUを強制的に取り上げることをいう。取り上げられたタスク自体は入出力などの事象を待っているわけではなく、CPUの再割当てさえあれば続行できるので、実行可能状態へ遷移する。

  出典：平成29年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問16（IPA）

• リアルタイムOSにおいて、実行中のタスクがプリエンプションによって遷移する状態はどれか。

  正解：実行可能状態

  要点：プリエンプションで実行中タスクは実行可能状態に戻る

  プリエンプションは、より優先度の高いタスクの出現やタイムクォンタムの満了によって、実行中のタスクからCPUを強制的に取り上げることをいう。取り上げられたタスクは資源待ちに入るわけではなく、CPUさえ割り当てられればすぐ動ける実行可能状態に戻る。

  出典：令和3年度 春期 応用情報技術者試験 午前 問17（IPA）

• 優先度に基づくプリエンプティブなスケジューリングを行うリアルタイムOSにおける割込み処理の説明のうち、適切なものはどれか。ここで、割込み禁止状態は考慮しないもの…

  正解：割込み処理ルーチンは、最も優先度の高いタスクよりも優先して実行される。

  要点：割込み処理ルーチンは最優先タスクよりも先に実行される

  割込み処理ルーチンは、タスクスケジューリングの枠組みの外でハードウェアの割込みによって起動されます。そのため、実行中のタスクがどれだけ優先度の高いタスクであっても、それを中断して先に実行されます。処理が長引くとタスクの実行が遅れるので、割込み処理は短く保つのが原則です。

  出典：令和4年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問18（IPA）

• 一つのI2Cバスに接続された二つのセンサがある。それぞれのセンサ値を読み込む二つのタスクで排他的に制御したい。利用するリアルタイムOSの機能として、適切なものは…

  正解：セマフォ

  要点：共有資源への同時アクセス防止にはセマフォを使う

  1本のバスという共有資源に対し、2つのタスクが同時にアクセスしないよう制御するには排他制御の仕組みが要る。セマフォは利用可能な資源数を表すカウンタで、獲得（P操作）と解放（V操作）によって同時にアクセスできるタスク数を制限できる。資源数1のセマフォを使えば、一方が使用中は他方が待たされ、排他制御が実現できる。

  出典：令和4年度 春期 応用情報技術者試験 午前 問17（IPA）

• 一つのI2Cバスに接続された二つのセンサーがある。それぞれのセンサー値を読み込む二つのタスクを排他的に制御したい。利用するリアルタイムOSの機能として、適切なも…

  正解：セマフォ

  要点：共有資源の排他制御にはセマフォを使う

  1本のI2Cバスという単一の共有資源を、複数のタスクが同時に使わないように調停する必要がある。リアルタイムOSでこの相互排除を実現する機構がセマフォであり、資源を利用する前に獲得、利用後に解放することで、同時に1つのタスクだけがバスを使う状態を保証できる。

  出典：令和7年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問16（IPA）