fork() について言及したので、Unix ライクなシステムを使用していると仮定します。この場合、POSIX スレッド (通常は pthread と呼ばれます) を使用する必要があります。
特に、pthread_create() は、新しいスレッドを作成するために必要な関数です。その引数は次のとおりです:
int pthread_create(pthread_t * thread, pthread_attr_t * attr, void *
(*start_routine)(void *), void * arg);
最初の引数は、スレッド ID への返されたポインターです。 2 番目の引数はスレッドの引数で、特定の優先順位でスレッドを開始する場合を除き、NULL にすることができます。 3 番目の引数は、スレッドによって実行される関数です。 4 番目の引数は、実行時にスレッド関数に渡される単一の引数です。
知る限り、ANSI C はスレッド化を定義していませんが、さまざまなライブラリが利用可能です。
Windows で実行している場合は、msvcrt にリンクし、_beginthread または _beginthreadex を使用してください。
他のプラットフォームで実行している場合は、pthreads ライブラリを確認してください (他にもあるはずです)。
C11 スレッド + C11 atomic_int
glibc 2.28 に追加されました。ソースから glibc 2.28 をコンパイルすることにより、Ubuntu 18.10 amd64 (glic 2.28 に付属) および Ubuntu 18.04 (glibc 2.27 に付属) でテスト済み:単一ホスト上の複数の glibc ライブラリ
例:https://en.cppreference.com/w/c/language/atomic
main.c
#include <stdio.h>
#include <threads.h>
#include <stdatomic.h>
atomic_int atomic_counter;
int non_atomic_counter;
int mythread(void* thr_data) {
(void)thr_data;
for(int n = 0; n < 1000; ++n) {
++non_atomic_counter;
++atomic_counter;
// for this example, relaxed memory order is sufficient, e.g.
// atomic_fetch_add_explicit(&atomic_counter, 1, memory_order_relaxed);
}
return 0;
}
int main(void) {
thrd_t thr[10];
for(int n = 0; n < 10; ++n)
thrd_create(&thr[n], mythread, NULL);
for(int n = 0; n < 10; ++n)
thrd_join(thr[n], NULL);
printf("atomic %d\n", atomic_counter);
printf("non-atomic %d\n", non_atomic_counter);
}
GitHub アップストリーム。
コンパイルして実行:
gcc -ggdb3 -std=c11 -Wall -Wextra -pedantic -o main.out main.c -pthread
./main.out
可能な出力:
atomic 10000
non-atomic 4341
非アトミック カウンターは、非アトミック変数へのスレッド間で際どいアクセスのため、アトミック カウンターよりも小さい可能性が非常に高いです。
関連項目:C でアトミック インクリメントとフェッチを行う方法
分解分析
逆アセンブル:
gdb -batch -ex "disassemble/rs mythread" main.out
含む:
17 ++non_atomic_counter;
0x00000000004007e8 <+8>: 83 05 65 08 20 00 01 addl $0x1,0x200865(%rip) # 0x601054 <non_atomic_counter>
18 __atomic_fetch_add(&atomic_counter, 1, __ATOMIC_SEQ_CST);
0x00000000004007ef <+15>: f0 83 05 61 08 20 00 01 lock addl $0x1,0x200861(%rip) # 0x601058 <atomic_counter>
f0 を使用して、命令レベルでアトミック インクリメントが行われていることがわかります。 ロックプレフィックス
aarch64-linux-gnu-gcc で 8.2.0 では、代わりに次のようになります:
11 ++non_atomic_counter;
0x0000000000000a28 <+24>: 60 00 40 b9 ldr w0, [x3]
0x0000000000000a2c <+28>: 00 04 00 11 add w0, w0, #0x1
0x0000000000000a30 <+32>: 60 00 00 b9 str w0, [x3]
12 ++atomic_counter;
0x0000000000000a34 <+36>: 40 fc 5f 88 ldaxr w0, [x2]
0x0000000000000a38 <+40>: 00 04 00 11 add w0, w0, #0x1
0x0000000000000a3c <+44>: 40 fc 04 88 stlxr w4, w0, [x2]
0x0000000000000a40 <+48>: a4 ff ff 35 cbnz w4, 0xa34 <mythread+36>
したがって、アトミック バージョンには実際には cbnz があります stlxr まで実行されるループ ストアは成功します。 ARMv8.1 では、単一の LDADD 命令ですべてを実行できることに注意してください。
これは、C++ std::atomic で得られるものと似ています :std::atomic とは正確には何ですか?
ベンチマーク
TODO。ベンチマークを作成して、atomic の方が遅いことを示します。
POSIX スレッド
main.c
#define _XOPEN_SOURCE 700
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
enum CONSTANTS {
NUM_THREADS = 1000,
NUM_ITERS = 1000
};
int global = 0;
int fail = 0;
pthread_mutex_t main_thread_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void* main_thread(void *arg) {
int i;
for (i = 0; i < NUM_ITERS; ++i) {
if (!fail)
pthread_mutex_lock(&main_thread_mutex);
global++;
if (!fail)
pthread_mutex_unlock(&main_thread_mutex);
}
return NULL;
}
int main(int argc, char **argv) {
pthread_t threads[NUM_THREADS];
int i;
fail = argc > 1;
for (i = 0; i < NUM_THREADS; ++i)
pthread_create(&threads[i], NULL, main_thread, NULL);
for (i = 0; i < NUM_THREADS; ++i)
pthread_join(threads[i], NULL);
assert(global == NUM_THREADS * NUM_ITERS);
return EXIT_SUCCESS;
}
コンパイルして実行:
gcc -std=c99 -Wall -Wextra -pedantic -o main.out main.c -pthread
./main.out
./main.out 1
最初の実行は問題なく動作しますが、2 回目は同期が取れていないために失敗します。
POSIX 標準化されたアトミック操作はないようです:UNIX ポータブル アトミック操作
Ubuntu 18.04 でテスト済み。 GitHub アップストリーム。
GCC __atomic_* ビルトイン
C11 がない場合は、__atomic_* でアトミック インクリメントを実現できます。 GCC 拡張。
main.c
#define _XOPEN_SOURCE 700
#include <pthread.h>
#include <stdatomic.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
enum Constants {
NUM_THREADS = 1000,
};
int atomic_counter;
int non_atomic_counter;
void* mythread(void *arg) {
(void)arg;
for (int n = 0; n < 1000; ++n) {
++non_atomic_counter;
__atomic_fetch_add(&atomic_counter, 1, __ATOMIC_SEQ_CST);
}
return NULL;
}
int main(void) {
int i;
pthread_t threads[NUM_THREADS];
for (i = 0; i < NUM_THREADS; ++i)
pthread_create(&threads[i], NULL, mythread, NULL);
for (i = 0; i < NUM_THREADS; ++i)
pthread_join(threads[i], NULL);
printf("atomic %d\n", atomic_counter);
printf("non-atomic %d\n", non_atomic_counter);
}
コンパイルして実行:
gcc -ggdb3 -O3 -std=c99 -Wall -Wextra -pedantic -o main.out main.c -pthread
./main.out
出力および生成されたアセンブリ:「C11 スレッド」の例と同じ。
Ubuntu 16.04 amd64、GCC 6.4.0 でテスト済み。