「バイナリセマフォ」と「カウンティングセマフォ」の違い

予備知識

用語	意味
バイナリ	今回は「2つのほげほげ」「1組のほげほげ」「2進数のほげほげ」的な意味
排他制御	ダブルブッキングしないようにすること
セマフォ	排他制御のための仕組みのひとつで、同時に使える人の数が決まっている物に割り当てられた「あと何人の人が使えるよ」を表した数字

排他制御とセマフォについて、もう少し詳しく説明しておきます。

排他制御は「ダブルブッキングしないようにすること」です。
同時に使われるとマズい（おかしくなる）ものに組み込む仕組みで、1つの物を同時に使わせないための工夫です。

セマフォは「『あと何人の人が使えるよ』を表した数字」です。
ちょっと小難しい言い方をすると

共有資源に対するアクセス可能な数を示す値

です。
資源にアクセスする度にセマフォの値を増減することで、排他制御を実現します。

例えば、そうですね。

ピヨ太君が握手会を開催することにしました。

ピヨ太君には左手と右手があります。
両手を使えば、同時に2人の人と握手できます。

そこで、ピヨ太君のマネージャは「ピヨ太握手可能人数：残り2名」と黒板に書きました。

さてさて、握手会の始まりです。
サクラとして雇われたピヨ子さんが握手をしに来ました。

ピヨ太君はピヨ子さんと握手をしています。
ピヨ太君の片手がピヨ子さんとの握手に使われています。

ピヨ太君は片手のみ空いている状態です。
あと1人の人と握手できます。
ピヨ太君のマネージャは「ピヨ太握手可能人数：残り1名」と黒板の内容を書き換えました。

おっと、また誰か握手をしに来たようです。
今度は、冷やかしでやってきたアクマ君でした。

ピヨ太君は、ピヨ子さんと握手している手とは逆の手で、アクマ君と握手をします。
これでピヨ太君の両手はふさがりました。
ピヨ太君のマネージャは「ピヨ太握手可能人数：残り0名」と黒板の内容を書き換えます。

おっと、またまた誰か握手をしにやってきました。
今度はピヨ太ママがやってきたようです。
ピヨ太君、意外と人気者ですね。

でも、残念。
今は「ピヨ太握手可能人数：残り0名」です。

仕方がないので、ピヨ太ママには待っていてもらいます。

おっと、ピヨ子さんが空気を読んだようです。
ピヨ太ママが待っているのを察して、帰って行きました。

ピヨ子さんが帰ったので、ピヨ太君の片手が空きました。
ピヨ太君のマネージャは「ピヨ太握手可能人数：残り1名」と黒板の内容を書き換えます。

そういえば、ピヨ太ママが待っていましたね。
早速ピヨ太ママが握手をしました。
ピヨ太君のマネージャは「ピヨ太握手可能人数：残り0名」と黒板の内容を書き換えます。

このお話に登場した黒板の内容

ピヨ太握手可能人数：残り○名

がセマフォです。

セマフォは「あと何人使えますよ」を表す数値です。
誰かが使い始めたら、値から「1」引きます。
使い終わったら「1」足します。

セマフォの値が0になったら、そいつはもういっぱいいっぱいです。
それ以上の人数で使うのはダブルブッキングになってしまいます。
そこで、セマフォの値が0の場合は、誰かが使い終わって1以上に戻るのを待ちます。

このような仕組みで排他制御を実現するのがセマフォです。

それぞれの用語の意味

用語	意味
バイナリセマフォ	同時に使える人の数が「1」になっていて「0」か「1」の値しか取らないセマフォ
カウンティングセマフォ	同時に使える人の数が「2」以上のセマフォ

似ているところ

どちらもセマフォです。
排他制御の話で出てくる仕組みで「あと何人の人が使えるよ」を表した数字です。

違うところ

最大同時アクセス数が違います。

バイナリセマフォ：最大同時アクセス数「1」
カウンティングセマフォ：最大同時アクセス数「2」以上

です。

セマフォの説明で例に挙げた、ピヨ太君の握手会の様子を思い出してください。

ピヨ太君が片腕を骨折して1人の人としか握手できなくなったのがバイナリセマフォです。
バイナリセマフォは

１．握手していない（残り：1名）
２．握手している（残り：0名）

の2つの状態しか取らないセマフォです。

両腕とも無事で2人の人と同時に握手できるのがカウンティングセマフォです。

カウンティングセマフォは「バイナリセマフォではないセマフォ」とも言えます。

備考

「バイナリセマフォ」や「カウンティングセマフォ」という呼び名は、便宜上の呼び名です。
「『バイナリセマフォ』という名前のセマフォがある」というよりは「最大同時アクセス数が『1』のセマフォを『バイナリセマフォ』と呼ぶことにしよう」です。
同様に「『カウンティングセマフォ』という名前のセマフォがある」というよりは「バイナリセマフォではないセマフォを『カウンティングセマフォ』と呼ぶことにしよう」です。

カウンティングセマフォは「計数セマフォ」とも呼ばれます。