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セマフォ:並列処理の秩序を守る

セマフォとは、複数のプログラムの一部が共通の資源にアクセスする際に、秩序と安全性を保つための仕組みです。コンピュータ上で同時に複数の処理を行う状況を想像してみてください。この時、複数の処理が同じ資源に同時にアクセスしようとすると、データの競合や誤った処理が発生する可能性があります。 セマフォは、こうした問題を防ぐために、資源へのアクセスを制御する役割を担います。例えるならば、レストランの入り口にある受付のようなものです。受付には決まった人数分の席札があり、お客さんは席札を取ることで席を確保できます。席札の数はレストランの収容人数を表しており、全ての席札がなくなると、新しいお客さんは席札を取るまで待たなければなりません。 セマフォも同様に、資源にアクセスできる数を示すカウンターのようなものを持ちます。プログラムは資源にアクセスする前に、セマフォのカウンターを確認します。もしカウンターの値が0より大きければ、プログラムはカウンターの値を1減らし、資源にアクセスします。カウンターが0の場合は、他のプログラムが資源を使用中であるため、カウンターの値が0より大きくなるまで待機します。 このように、セマフォは複数のプログラムが資源に安全にアクセスできるよう調整する役割を担っており、プログラムの同時実行における問題を防ぐための重要な仕組みと言えるでしょう。
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システム停止の闇:デッドロック現象

- デッドロックとは複数のプログラムが同時に動作するコンピュータシステムにおいて、プログラムは処理を進めるために様々な資源を利用します。例えば、データの保存場所であるメモリ領域や、情報が記録されたファイルなどが資源の例です。これらの資源の中には、一度に一つのプログラムしか利用できないものがあり、このような資源を利用する際には、他のプログラムが同時に利用しないように排他的な利用権を取得する必要があります。 デッドロックとは、複数のプログラムがそれぞれ排他的に利用する資源を保持したまま、他のプログラムが保持している資源の解放を待ち続ける状態になることを指します。 例えば、プログラムAが資源Xを、プログラムBが資源Yをそれぞれ保持しており、プログラムAは資源Yを、プログラムBは資源Xを必要としている状況を考えてみましょう。この場合、プログラムAはプログラムBが資源Xを解放するのを待ち、プログラムBはプログラムAが資源Yを解放するのを待ち続けるため、どちらも処理を進めることができず、永久に待ち続ける状態、すなわちデッドロックに陥ってしまいます。 デッドロックが発生すると、関連するプログラムは処理を進めることができなくなり、システム全体の処理能力が低下する原因となります。さらに、最悪の場合、システム全体が停止してしまう可能性も孕んでいます。そのため、デッドロックはシステム設計やプログラム開発において、特に注意深く回避すべき問題と言えるでしょう。