令和3年度 III-7

解説

この問題で問われていること

2つのセマフォを用いて、2つのスレッドを交互に動作させる同期の書き方を問う問題。

解き方

① wait(S): Sが1以上なら1減らして進み、0なら待つ。signal(S): Sを1増やす。自分の番をwaitし、処理後に相手の番をsignal
② proc_1: wait(S1)→counter++→signal(S2)。proc_2: wait(S2)→printf→signal(S1)
③ ②

正解が正しい理由

S1=1、S2=0で、まずスレッド1(proc_1)が動く必要がある。proc_1は、冒頭でwait(S1)を行い(S1を1→0にして進む)、counter++を実行した後、signal(S2)でS2を0→1にして、proc_2に実行を渡す。proc_2は、冒頭でwait(S2)で待ち、S2がsignalされたらprintfを実行し、最後にsignal(S1)でproc_1に実行を渡す。したがってア=wait(S1)、イ=signal(S2)、ウ=wait(S2)、エ=signal(S1)となり、②が正しい。これにより、インクリメントと表示が交互に行われ、1、2、3、…と表示される。

この問題で必要な基礎

■ セマフォのwaitとsignal
セマフォは、スレッドどうしが「順番」を守るための合図に使う数値です。
・wait(S): Sが1以上なら1減らしてそのまま進む。Sが0なら、他のスレッドがsignalするまで待つ。
・signal(S): Sを1増やす(Sで待っているスレッドがあれば進めるようにする)。
この問題では、S1は「proc_1が進んでよい」、S2は「proc_2が進んでよい」という合図として使います。初期値がS1=1、S2=0なので、最初に進めるのはproc_1だけです。

各選択肢について

• ① ア=signal(S1)、イ=wait(S2)となっており、proc_1が待たずに進み、その後自分でwait(S2)して停止(デッドロック)したりして、正しい同期にならない。
• ② ア=wait(S1)、イ=signal(S2)、ウ=wait(S2)、エ=signal(S1)で、proc_1→proc_2→proc_1…の交互実行になる。これが正答。
• ③ ア=signal(S1)、イ=wait(S1)となっており、同じセマフォを自分で待つ形で、同期が機能しない。
• ④ ア=wait(S1)、イ=signal(S1)では、proc_1が自分でS1を戻してしまい、proc_2に実行を渡す信号(S2)が発生せず、proc_2が実行されない。
• ⑤ エ=wait(S1)となっており、proc_2が最後にS1を待つため、S1が戻されず、2周目以降のproc_1が実行されない(デッドロック)。

覚えるべきポイント

2つのスレッドを交互に動かすには、セマフォを2つ用意し、「自分の番を待つ(wait)→処理→相手の番を通知(signal)」とする。初期値は、最初に動かす側を1、他方を0にする。