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POSIX Threads
2015/10/06
0x64 Tales
#01 Parallel / Concurrent
Livesense Inc.
HORINOUCHI Masato

pthread ってなに? (1)
? 正式名称は POSIX Threads で、その名の通り POSIX 標準の非同
期処理(thread)の API 群。
? 仕様は IEEE Std 1003.1c-1995 で定義している。
? API 群なので使用する言語は問わない。
? 基本的に C言語向けのライブラリーを各言語に移植。

pthread ってなに? (2)
? あくまで API を規定しているだけなので、どのような実装かは
OS (正確には Kernel と Library) による。
? POSIX準拠のシステムであれば使用できるのはもちろん、
Win32 実装もあったりする。
? ただし 3rd party 製(現状 RedHat)。

Linux のスレッド
? ところで "Linux kernel のスレッドって結局はプロセス" って話
を聞いたことないですかね。
? 今回はこの点を簡単に説明することにします。

pthread デモ
? 食事する哲学者の問題を問いてみよう。
? source は Sun Studio 12 のページから持ってきました。
? din_philo.c はデッドロックの可能性あり。
? din_philo_fix1.c はトークン (セマフォ) を用いてデッド
ロックを解決している。

ps -Lf
UID PID PPID LWP C NLWP STIME TTY TIME CMD
horinou+ 21135 1804 21135 0 6 16:51 pts/1 00:00:00 ./din_philo
? PID (process ID) が同一で LWP (thread ID) が違うスレッドを 5
つ生成できた。

Linux の pthreads 実装
? モダンな Linux + glibc では Na/ve POSIX Threads Library
(NPTL) が用いられる。
? 初期の Linux 2.6 では LinuxThreads が用いられていた。
? より前はユーザーランドで実装していた (名称不明)。
? Lightweight Process (LWP) を使用して実装している。
? LWP は複数の LWP同士でリソースを共有することが可能。

NPTL
? LWP とスレッドが 1:1 の実装、いわゆる 1:1 モデルを採用。
? それぞれのスレッドが Kernel スケジュール実体に 1:1 マッピ
ングとなる。
? プロセスもスレッド (LWP) も task_struct 構造体で管理し、
プロセススケジューリングは同一のキューで行なう。
? 要するにプロセスとスレッドの違いはほとんとない。

プロセスとスレッドのメモリ管理
? プロセス
? fork 時に新しく仮想アドレス空間を生成し親のメモリを子に
コピー。
? スレッド
? 複数のスレッドが 1つの仮想アドレス空間を共有。

プロセスの仮想アドレス空間
マルチスレッドのコンテキスト切り替えに伴うコストから引用。

スレッドの仮想アドレス空間
マルチスレッドのコンテキスト切り替えに伴うコストから引用。

NPTL の利点
? kernel からはスレッドもプロセス(1:1モデル)として扱えるの
で…
? 1つのプロセススケジューラーだけで管理するのでシンプ
ル。
? SMP システムでも複数のコアでスレッドの並列処理をするの
が簡単。

Linux 以外だと
? ちなみに Linux 以外の POSIX システムは M:N モデル採用例が
多い。
? FreeBSD
? Kernel Scheduler En;;es (KSE)
? Solaris
? Solaris Lightweight Process (LWP)

ご清聴ありがとうございました

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