説明

POSIX セマフォを使用すると、プロセスやスレッド間でその動作を 同期させることができる。

セマフォは整数であり、その値は決して 0 未満になることは許されない。 セマフォに対してできる操作は 2 つである: セマフォ値を 1 増やす (sem_post(3)); セマフォ値を 1 減らす (sem_wait(3))。 セマフォの値がすでに 0 の場合、セマフォ値が 0 より大きくなるまで sem_wait(3) 操作は停止 (block) する。

POSIX セマフォには、名前付きセマフォ (named semaphore) と 名前なしセマフォ (unnamed semaphore) の 2つの形がある。

名前付きセマフォ

名前付きセマフォは /somename という形式の名前で識別される。 その名前は、最大で NAME_MAX-4 (すなわち 251) 文字のヌル終端された文字列で、 スラッシュで始まり、スラッシュ以外の文字が 1 文字以上続く形式である。 sem_open(3) に同じ名前を渡すことにより、2 つのプロセス間で同じ名前のセマフォ に対し操作を行うことができる。

sem_open(3) 関数は、新しい名前付きセマフォを作成するか、既に存在する名前付き セマフォをオープンする。 セマフォをオープンした後は、 sem_post(3) と sem_wait(3) を使ってセマフォを操作できる。 プロセスがセマフォの使用を終えた際は、 sem_close(3) を使ってセマフォをクローズできる。 あるセマフォをどのプロセスも使用しなくなると、 sem_unlink(3) を使ってそのセマフォをシステムから削除することができる。

名前なしセマフォ (メモリベース・セマフォ)

名前なしセマフォは名前を持たない。その代わり、セマフォは、 複数スレッド間で共有されるメモリ領域、もしくは複数プロセス間で 共有されたメモリ領域に置かれる (前者を スレッド共有セマフォ (thread-shared semaphore)、 後者を プロセス共有セマフォ (process-shared semaphore) と呼ぶ)。スレッド共有セマフォは、同じプロセス内のスレッド間で共有される メモリ領域、例えば大域変数 (global variable) に配置される。 プロセス共有セマフォは、共有メモリ領域 (例えば、 shmget(2) を使って作成できる System V 共有メモリ・セグメントや shm_open(3) を使って作成できる POSIX 共有メモリ・オブジェクト) 内に配置しなければならない。

名前なしセマフォは、使用する前に sem_init(3) を使って初期化しなければならない。 セマフォは sem_post(3) と sem_wait(3) を使って操作できる。 セマフォがもはや必要なくなったときや、 セマフォが置かれているメモリを解放する前には、 sem_destroy(3) を使ってセマフォを破棄すべきである。

この節の残りでは、POSIX セマフォの Linux の実装の詳細 について説明する。

Versions

バージョン 2.6 より前のカーネルでは、Linux は 名前なしのスレッド共有セマフォのみをサポートしていた。 Linux 2.6 と NPTL スレッド実装を提供している glibc が入った システムでは、POSIX セマフォの完全な実装が提供される。

持続性

POSIX 名前付きセマフォはカーネル内で保持される。 sem_unlink(3) で削除されなければ、セマフォは システムがシャットダウンされるまで存在し続ける。

リンク

POSIX セマフォ API を使用したプログラムは cc -pthread でコンパイルし、リアルタイムライブラリ librt とリンクしなければならない。

ファイルシステム経由での名前付きセマフォへのアクセス

Linux では、名前付きセマフォは仮想ファイルシステム (virtual file system) 内に sem.somename という形の名前で作成される。仮想ファイルシステムは通常 /dev/shm 以下にマウントされる。 (これが、セマフォの名前の文字数の上限が NAME_MAX ではなく NAME_MAX-4 となっている理由である。)

Linux 2.6.19 以降では、このディレクトリ配下のファイルに対して ACL を 設定でき、オブジェクトへの許可をユーザ単位、グループ単位で制御することが できる。

準拠

POSIX.1-2001.

注意

System V セマフォ (semget(2), semop(2) など) は古いセマフォ API である。 POSIX セマフォは System V よりも 簡単で、うまく設計されたインタフェースを提供している。 一方で、POSIX セマフォは System V セマフォと比べると 利用できるシステムが少ない (特に、古いシステムでは少ない)。

例

各種の POSIX セマフォ関数を使用した例が sem_wait(3) に記載されている。

この文書について

この man ページは Linux man-pages プロジェクトのリリース 3.65 の一部 である。プロジェクトの説明とバグ報告に関する情報は http://www.kernel.org/doc/man-pages/ に書かれている。