コンテキスト

2025年10月30日

コンテキスト

英語表記: Context

概要

コンテキストとは、CPUが現在実行しているプロセス（タスク）の状態を完全に再現するために必要な、あらゆる情報一式のことです。これは、OSの基本機能であるプロセス管理において、特に「スケジューリング」が行われる際に利用される非常に重要なデータ構造です。具体的には、マルチタスク環境を実現する「コンテキストスイッチ」処理の核心をなすデータであり、プロセスが一時停止した後、中断前とまったく同じ状態から処理を再開できるように保証する役割を果たします。

詳細解説

私たちが今見ているこの概念は、「OSの基本機能（プロセス管理, メモリ管理） → スケジューリング → コンテキストスイッチ」という階層パスの中で、まさにマルチタスクの実現を物理的に支える根幹部分に位置しています。CPUは同時に複数のプロセスを実行できませんが、OSはプロセスを非常に短い周期で切り替えることで、あたかも並行して動いているように見せかけます。この切り替えの際に、処理の連続性を保つために不可欠なのがコンテキストなのです。

コンテキストの目的

コンテキストの最大の目的は、プロセスがCPUの実行権を失い、一時的に中断された後、再び実行権を獲得した際に、前回どこまで作業が進んでいたかを正確に思い出し、処理を再開できるようにすることです。もしこの情報が保存されなければ、プロセスは再開のたびにリセットされてしまい、OSの基本機能である「プロセス管理」は破綻してしまいます。

主要な構成要素

コンテキストは単なるデータではなく、CPUとメモリの状態を示す、以下のような重要な情報の集合体です。これらが揃って初めて、プロセスを「フリーズ」させ、後で「解凍」することが可能になります。

CPUレジスタ群: CPU内部にある高速な記憶領域に格納されていた値です。演算結果や処理に必要なデータのアドレスなど、直前の処理で使われていた重要な情報が全て含まれます。
プログラムカウンタ（PC）: 次に実行すべき命令が、メモリ上のどこにあるかを示すアドレス情報です。これがなければ、再開時に処理の続きを見つけることができません。これが最も重要だと言っても過言ではありません。
スタックポインタ: プロセスが一時的なデータや関数の戻り先などを保存する「スタック領域」の現在位置を示す情報です。関数の呼び出し関係を正確に復元するために必要です。
プロセス状態: 現在のプロセスが「実行中」から「待機中」や「準備完了」へ変化した、といった状態を示す情報です。
メモリ管理情報: プロセスが使用している仮想メモリ空間と物理メモリ空間のマッピング情報などです。これは「メモリ管理」の機能と密接に連携します。

動作原理（コンテキストスイッチとの関係）

「スケジューリング」機能によって、OSが「プロセスAからプロセスBへ切り替えよ」と決定した瞬間、コンテキストスイッチが始まります。

保存（プロセスAのコンテキスト）: OSは、現在実行中のプロセスAのCPUレジスタやプログラムカウンタなどの情報を、プロセス制御ブロック（PCB）と呼ばれるメモリ上の領域にすべて書き出して保存します。
復元（プロセスBのコンテキスト）: 次に実行するプロセスBのPCBに保存されていた過去のコンテキスト情報を読み出し、CPUのレジスタ群に書き戻します。

この保存と復元の作業が終わると、CPUはプロセスBが中断したまさにその瞬間から処理を再開できるようになります。この一連の流れが、コンテキストスイッチであり、この作業にかかる時間は、ユーザーのアプリケーション実行とは関係のない「オーバーヘッド」となるため、OSの設計者はこの処理をいかに効率良く行うかに心を砕いているのです。

具体例・活用シーン

コンテキストという概念は、普段私たちが意識することのないOS内部の機能ですが、その役割を理解すると、マルチタスクの仕組みが驚くほど明確になります。

【アナロジー：机上の作業中断】

コンテキストを理解するための身近な例として、「机上の作業中断」を考えてみましょう。

あなたがCPUだと想像してください。あなたは今、会社のデスクで「企画書Aの作成（プロセスA）」に取り組んでいます。
企画書Aの作成中、あなたは複数の資料（レジスタ値）、計算機（レジスタ）、そして次に書くべき文章の場所（プログラムカウンタ）を頭の中に保持し、机上には関連資料（メモリ情報）を広げています。
ここで、OS（上司）から「急ぎの電話対応（プロセスB）を今すぐやれ」という指示が入りました。
あなたは、企画書Aの作業を中断せざるを得ません。このとき、あなたは作業を再開するために、広げた資料や、次にやろうとしていたことをすべて付箋に書き出し、企画書Aのフォルダに挟み込みました。この付箋に書かれた情報一式こそが、企画書Aのコンテキストです。
次に、電話対応（プロセスB）を終え、再び企画書Aに戻るとき、あなたはフォルダから付箋（コンテキスト）を取り出し、机上に資料を広げ直し、付箋に書いてある通りに「次にこの段落を書くところだった」と確認して、瞬時に作業を再開できます。

もしコンテキスト（付箋）がなければ、次に企画書Aに戻ったとき、どの資料がどこにあり、どこまで作業が進んでいたかを思い出すのに時間がかかり、非常に非効率になってしまいます。この「OSの基本機能」としてのコンテキストの役割は、人間の作業効率を高める「メモ」と同じ原理で、コンピュータの効率的な動作を支えているのです。