詳解 Rustアトミック操作とロック ―並行処理実装のための低レイヤプログラミング

10章アイディアとインスピレーション

並行性に関するトピック、アルゴリズム、データ構造、小話などはいくらでもあり、これらの章を独立に設けてもよかっただろう。しかし、この10章が最後の章で、そろそろ読者とたもとを分かつときだ。読者には、新しい可能性に対する興奮と、実用的に応用できる新たな知識と技術を与えられたと思う。

10.1　セマフォ

セマフォは2つの操作だけを持つカウンタにすぎない。シグナル（signal）（upもしくはVとも呼ばれる）とウェイト（wait）（downもしくはPとも）の2つだ。シグナル操作は、カウンタをある上限値までインクリメントし、ウェイト操作はデクリメントする。カウンタの値が0なら、ウェイト操作はブロックし、対応するシグナル操作が来るのを待機する。したがってカウンタの値は負にはならない。セマフォは柔軟なツールで、他の同期プリミティブを実装するためにも用いられる。

図10-1 セマフォ

セマフォは、カウンタに用いるMutex<u32>と、ウェイト操作の待機に用いるCondvarを組み合わせれば実装できる。しかし、もっと効率的に実装する方法がいくつかある。特に、futexスタイルの操作（「8.3.1　Futex」）をサポートしているプラットフォームでは、1つのAtomicU32で効率的に実装できる（AtomicU8でも可能）。

最大値を1としたセマフォはバイナリセマフォ（binary semaphore）とも呼ばれ、他のプリミティブを構築する際の構成要素として用いられる。例えば、カウンタを1に初期化し、ウェイト操作をロックに、シグナル操作をアンロックに用いればMutexになる。カウンタを0に初期化すれば、条件変数のようにシグナルを送るために使うこともできる。例えば、標準ライブラリ ...