PTL2 — Portable Thread Library

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安倍 広多

Kota Abe

k-abe@media.osaka-cu.ac.jp

Media Center, Osaka City University

Copyright © 1993-1997 Kota Abe, Osaka City University.

Permission is granted to make and distribute verbatim copies of this manual provided the copyright notice and this permission notice are preserved on all copies.

<概要>

<リファレンスマニュアル>

<索引>

 — The Detailed Node Listing —

スレッドの操作の概要

アトリビュートオブジェクトの概要

スレッドアトリビュートオブジェクト

Mutex アトリビュートオブジェクト

Condition アトリビュートオブジェクト

同期機構の概要

Mutex

Condition Variable

スケジューリングの概要

シグナルの概要

シグナルの配送

キャンセルの概要

注意点

スレッド管理のための関数

同期のための関数

Thread-Specific データのための関数

スケジューリングのための関数

プロセスコントロールのための関数

シグナルのための関数

キャンセルのための関数

リエントラント関数

1 イントロダクション

PTL – Portable Thread Library は, BSD UNIX の下でマルチスレッド環境を構築するためのライブラリです.

通常の UNIX プロセスでは, 制御の流れ(コンテキスト)は一つしかありません が, このライブラリを用いることによって, 複数の制御の流れを作り出すこと が出来ます. 一つの制御の流れのことを スレッド と言います. 複数の スレッドが一つの UNIX プロセスの中でコンテキストスイッチを行ないながら 見かけ上並行に動きます.

複数のプロセスを fork() を用いて並行に走らせる場合と比べると, スレッド を用いた並行動作には以下のような利点があります.

• プロセスが増えないのでシステムの負荷がほとんど増えない. (プロセスは重い資源です.)
• スレッド間でアドレス空間を共有しているので, データのやりとりや同期を素早く行なえる.
• スレッドのスケジューリングを自分で行なえるので, 柔軟性が高い.

PTL は, スレッドを扱うためのインタフェースとして, POSIX 1003.1c という規 格に準拠した関数群を提供しています.

このライブラリ, 及びマニュアルは, まだ完成されたものではありません. 改 善すべき点や問題点, バグ等を発見した場合, 御連絡下さい. 次のリリースで 改善したいと思います.

2 ライブラリについて

2.1 インストール

インストールに関しては, アーカイブに含まれる ‘INSTALL’ を参照して下さ い.

2.2 ライブラリの使用法

PTL を使用するプログラムをコンパイルする時には, 必ず 以下のよう に PTL のインクルードディレクトリを先に見るようにコンパイラに指示を与え なければなりません. また, 全てのファイルでpthread.h を必 ずinclude しなければなりません.

gcc -I/usr/local/PTL/include foo.c -o foo -L/usr/local/PTL/lib -lpthreads

libpthreads.a をコンパイルする際に使用したCコンパイラを用いるこ とを推奨します.

PTL は, C++ から使用することも可能です. 大域変数のコンストラクタの実行 の前に PTL の初期化を行なうためにトリッキーな方法を用いているため, 以 下の C++ コンパイラでのみ動作を確認しています.

• gcc 2.*
• Sun C++ (SC1.0, SC2.0.1)

2.3 PTL に関する情報源

PTL に関する話題を扱うためのメーリングリストを用意しています. 興味がある 方は, <ptl-request@media.osaka-cu.ac.jp> までメールして下さい(メー ルの本文は無視されます). ML の案内が自動的に返送されます.

ML に関しての質問は <owner-ptl@media.osaka-cu.ac.jp> まで.

PTL はまだ完成されたものではありません. PTL に関するコメント, バグレポー ト, 提案等は歓迎します. 遠慮無く下記のアドレスまでお願いします.

<k-abe@media.osaka-cu.ac.jp>
<ptl@media.osaka-cu.ac.jp>

また, PTL の Web page を用意しています.

http://www.media.osaka-cu.ac.jp/~k-abe/PTL/

内容は今後整備していく予定です.

2.4 PTL の入手法

最新版の PTL は以下の anonymous ftp から入手できます.

ftp://ftp.media.osaka-cu.ac.jp/pub/PTL/

3 ライブラリの概要

この章では, スレッドを用いたプログラミングの概要について解説します.

3.1 スレッドの操作の概要

3.1.1 スレッドの生成

新たなスレッドを生成するためには, pthread_create() を用います. この関数は, 指定したアトリビュート (See section スレッドアトリビュートオブジェクト.) を用いてスレッドオブジェクト (ライブラリ内部で使用するオブジェクトで, スレッドを管理するために用いる) を生成し, 指定した関数 (スレッド開始関 数) からスレッドの実行を開始します.

3.1.2 スレッドの終了

スレッドの実行は, 以下の場合に終了します.

• pthread_create() で指定した関数から復帰 (return) した場合.
• スレッドが pthread_exit() を呼び出した場合.
• (他の)スレッドが pthread_cancel() を呼び出すことによって, スレッ ドがキャンセルされた場合.

  pthread_cancel() は, 指定したスレッドの実行を中止するように要求 する関数です. (See section キャンセルの概要.)

スレッドが終了する際, 以下の動作が行なわれます.

1. pthread_cleanup_push() 等によってプッシュされ, まだ pthread_cleanup_pop() 等によってポップされていない Cleanup ハン ドラが, プッシュした逆の順序で実行されます. (See section スレッド Cleanup.)
2. pthread_join() を用いてそのスレッドの終了を待っている他の スレッドに, スレッドの返り値 (スレッド開始関数の返り値, あるいは pthread_exit() の引数) が渡され, それらのスレッドがアンブロック されます.
3. Thread-Specific データのデストラクタ関数が, 定義されない順序で呼ばれ, そのスレッドの Thread-Specific データを全て破棄します. (See section Thread-Specific データの概要.)
4. スレッドが既にデタッチされていれば, スレッドオブジェクトを回収しま す. (See section スレッドの削除.)

スレッドが終了したあと, 他にスレッドが存在しなければ, プロセスは exit し ます. このときの終了ステータスは, pthread_set_exit_status_np() に よって設定されていればその値, 設定されていなかった場合は 0 になります.

3.1.3 スレッドの終了の Wait

他のスレッドの終了を待つには, pthread_join() を用います. この関数 を呼び出したスレッドは, 指定したスレッドが終了するまでブロックします. 複数のスレッドが同一のスレッドに対して pthread_join() を呼び出し た場合, 指定したスレッドが終了すると, 全てのスレッドがアンブロックされま す.

デタッチされているスレッドに対して pthread_join() を呼んではい けません.

3.1.4 スレッドの削除

スレッドは, 終了してもデタッチされるまでは完全には削除されません. スレッドが完全に削除されるためには, 以下のいずれかの操作が必要です.

• pthread_detach() を呼び出す.
• pthread_create() を用いてスレッドを生成する際に detachstate 属性を 1 にしたスレッドアトリビュートを指定する. ( See section スレッドアトリビュートオブジェクト.)
• pthread_join()を呼び出す.

スレッドが終了する前に pthread_detach() が呼ばれると, スレッド に「終了したら削除しても良い」というフラグを立てます.

デタッチされたスレッドに対して pthread_join() してはいけませ ん.

メモリを有効に利用するため, スレッドはいつかはデタッチされるべきです.

3.1.5 スレッドのサスペンドの概要

スレッドから, 他のスレッドをサスペンド(一時停止)させることができます. また, スレッドを生成する際に, サスペンドされた状態で生成することもでき ます.

スレッドをサスペンドするには, pthread_suspend_np() を用います. またサスペンドされたスレッドを再開するには pthread_resume_np() を用います.

スレッドをサスペンドされた状態で生成するためには, サスペンドステート属 性を 1 にしたスレッドアトリビュートオブジェクトを pthread_create() で指定します(See section サスペンドステート.) こうやって生成されたスレッドは pthread_resume_np() が 呼ばれるまで実行されません.

3.1.6 パッケージの動的な初期化

プログラムには, 初期化ルーチンなど, 一度しか実行して欲しくない部分があ ります. pthread_once() を使ってこれを実現できます.

pthread_once() は, 指定した関数を一度だけ実行させるために用います. 2度目以降の pthread_once() の呼び出し時に, 最初の pthread_once() の実行が終了していなかった場合は, 最初の pthread_once() の実行が終了するまでブロックします. 2度目以降の pthread_once() の呼び出しは, 最初の呼び出しが終了していた場合, 単 に無視されます.

pthread_first_np(), pthread_first_done_np() は, 関数内の特 定のブロック (初期化ブロック) を一度だけ実行するために用います. 関数内 static 変数の初期化等に有効です. pthread_first_np() は最初に実行 すると 1 を返し, 2度目以降の呼び出しには 0 を返しま す. pthread_first_done_np() は, 初期化ブロックの実行が終了したこ とを宣言します. 2度目以降の pthread_first_np() 呼び出し時に, まだ pthread_first_done_np() が実行されていなければ, 実行されるまでブ ロックされます.

foo()
{
    static pthread_once_t once = PTHREAD_ONCE_INIT;
    static int need_initialized;
    if (pthread_first_np(&once)) {
        need_initialized = appropriate_value();	/* Initialize */
            :
            :
        pthread_first_done_np(&once);
    }
    ....
}

3.1.7 スレッドに対するネーミング

スレッドにはそれぞれ名前をつけることができます. これは, デバッグの時に役 立ちます. スレッドを生成した時点では, 名前は付いていません.

スレッドに名前を付けるためには, ptheread_setname_np() を, 名前を 得るためには, pthread_getname_np() を用います.

3.1.8 初期スレッドについて

main() 関数から始まるコンテキストのことを, 初期スレッド と言います. 初期スレッドのスケジューリング属性は, 以下の通りです.

スケジューリングポリシー

SCHED_OTHER

スケジューリングプライオリティ

SCHED_OTHERのプライオリティ範囲の中央値

初期スレッドがリターンすると, プロセス全体が exit します. 初期スレッド を終了したいが, 他のスレッドは動かしておきたい場合, pthread_exit() を使用してください.

また, 初期スレッドの Cancelability State については, See section Cancelability States. を参照してください.

PTL を C 言語から使用する場合, <pthread.h> によって, ユーザの main 関数は, __pthread_main という名前に #define されてい ます. 本当の main 関数は libpthreads.a の中にあります.

3.2 アトリビュートオブジェクトの概要

アトリビュートオブジェクト は, スレッド, Mutex, Condition Variable のさまざまな属性を記述するために用いられます. アトリビュート オブジェクトは, スレッド, Mutex, Condition Variable のそれぞれに対応し てスレッドアトリビュートオブジェクト, Mutex アトリビュートオブジェクト, Condition アトリビュートオブジェクトがあります.

オブジェクト (スレッド, Mutex, Condition Variable) を生成する際には, 対応するアトリビュートオブジェクトを指定するか, デフォルトのアトリビュー トを指定します.

3.2.1 アトリビュートオブジェクトの生成

アトリビュートオブジェクトの生成は以下の関数で行ないます.

スレッドアトリビュート

pthread_attr_init()

Mutex アトリビュート

pthread_mutexattr_init()

Condition アトリビュート

pthread_condattr_init()

これらの関数は, デフォルトの属性を持つアトリビュートオブジェクトを生 成します. 属性を変更するためには, See section スレッドアトリビュートオブジェクト., See section Mutex アトリビュートオブジェクト., See section Condition アトリビュートオブジェクト. を参照して下さい.

オブジェクトを生成する際に, (必要な)アトリビュートオブジェクトの内容はコ ピーされます. つまり, オブジェクトを生成した後にアトリビュートオブジェク トの内容を変更しても, 既に生成されたオブジェクトには影響を与えません.

3.2.2 アトリビュートオブジェクトの削除

アトリビュートオブジェクトの削除は以下の関数で行ないます.

スレッドアトリビュート

pthread_attr_destroy()

Mutex アトリビュート

pthread_mutexattr_destroy()

Condition アトリビュート

pthread_condattr_destroy()

オブジェクトを生成した後にアトリビュートオブジェクトを削除しても, 既 に生成されたオブジェクトには影響を与えません.

3.2.3 スレッドアトリビュートオブジェクト

スレッドアトリビュートオブジェクト は, 新たに(これから)生成す るスレッドの属性を制御します. スレッドアトリビュートオブジェクトは以 下のようにして使用します.

1. pthread_attr_init() を用いてスレッドアトリビュートオブ ジェクトを生成する.
2. 以下に述べる関数を用いてスレッドアトリビュートオブジェクトの 各属性を変更する.
3. 生成したスレッドアトリビュートオブジェクトを指定して pthread_create() を呼び, スレッドを生成する.

あるいは, pthread_create() に与えるスレッドアトリビュートとして, NULL を与えることによってデフォルトのスレッドアトリビュートを用いること も出来ます.

スレッドアトリビュートオブジェクトで指定できる属性には以下のものがあ ります.

• スケジューリングポリシー
• スケジューリングプライオリティ
• Inherit スケジューリング
• コンテンションスコープ
• スタックプロパティ
• スタックサイズ
• デタッチステート
• サスペンドステート

PTL では, スレッドアトリビュートオブジェクトのデフォルトとして,それぞれ の属性に以下の値を与えます. これらは, pthread_attr_init() で生成 したスレッドアトリビュートの初期値, 及び pthread_create() でスレッ ドアトリビュートとして NULL を指定した場合に使用されます.

属性の値の意味に関しては後の章を参照してください.

属性

値

スケジューリングポリシー

SCHED_OTHER

スケジューリングプライオリティ

SCHED_OTHERのプライオリティ範囲の中央値

Inherit スケジューリング

PTHREAD_EXPLICIT_SCHED

コンテンションスコープ

PTHREAD_SCOPE_PROCESS

スタックプロパティ

PTHREAD_STACK_SAFE_NP

スタックサイズ

16Kbytes

デタッチステート

PTHREAD_CREATE_JOINABLE

サスペンドステート

0 (not suspended)

3.2.3.1 スケジューリングポリシー

スケジューリングポリシー は, スレッドがどのようにプロセスの中 でスケジュールされるかを指定します. スケジューリングポリシーには以下 の3種類があります.

SCHED_FIFO

最も高いプライオリティのスレッドが, ブロックするまで実行されます. 最 も高いプライオリティに複数のスレッドが存在した場合, 最初のスレッドが, ブロックするまで実行されます.

SCHED_RR

最も高いプライオリティのスレッドが, ブロックするまで実行されます. 最も高 いプライオリティに複数のスレッドが存在した場合, スレッドは途中でCPU を奪 われ, そのプライオリティの次のスレッドが実行権を得ます (タイムスライス).

SCHED_OTHER (デフォルト)

SCHED_OTHERの全てのスレッドはタイムスライスによって CPU を奪われます. 高 いプライオリティのスレッドほど CPU を多く握れますが, 低いプライオリティ のスレッドにも実行権は回ります. SCHED_FIFO, SCHED_RR の実行可能なスレッ ドが存在すれば, このポリシーのスレッドの実行は行なわれません.

以下の方法で, スケジューリングポリシーを変更することが出来ます.

• pthread_attr_setschedpolicy() によってスレッドスケジューリングア トリビュートのスケジューリングポリシーを変更する. これによって, 新たに生 成するスレッドの初期スケジューリングポリシーを変更できます.
• pthread_setschedparam() によって, 既存のスレッドのスケジュー リングポリシーを変更する.

スケジューリングに関しての詳細は, See section スケジューリングの概要. を参照して下さい.

3.2.3.2 スケジューリングプライオリティ

スケジューリングプライオリティ は, スレッドの実行の優先度を定 めます. スケジューリングプライオリティの値の範囲は, スケジューリング ポリシーによって異なります.

sched_get_priority_max(), sched_get_priority_min() によっ て, 各ポリシーのスケジューリングプライオリティの最大値, 最小値を得ること ができます.

スケジューリングプライオリティは ‘<sched.h>’ で定義される構造体 struct sched_param で指定します.

struct sched_param {
    int sched_priority;
;

Scheduling Policy Attributeに関しての詳細は, See section スケジューリングの概要. を参照してください.

3.2.3.3 Inherit スケジューリング

Inherit スケジューリング 属性は, pthread_create() で新 たに生成されたスレッドが, 作成するスレッドのスケジューリング属性を継 承するか, あるいはスレッドアトリビュートオブジェクトので指定したスケ ジューリング属性によって設定されるかを指定します.

Inherit スケジューリング属性の値は, PTHREAD_EXPLICIT_SCHED (デフォ ルト) か, PTHREAD_INHERIT_SCHED です. pthread_create() で 指定したスレッドアトリビュートの Inherit スケジューリング属性が, PTHREAD_INHERIT_SCHED だった場合, 生成されるスレッドのスケジューリング属 性 (スケジューリングポリシー, プライオリティ) は生成するスレッド (すなわ ち, pthread_create() を呼び出したスレッド) の値を引き継ぎます.

Inherit スケジューリング属性を変更するためには, pthread_attr_setinheritsched() 関数を使用します.

3.2.3.4 コンテンションスコープ

コンテンションスコープ 属性は, PTHREAD_SCOPE_SYSTEM か PTHREAD_SCOPE_PROCESS のいずれかで, スレッドのコンテンションスコー プを定義します. コンテンションスコープとは, スレッドのスケジューリングの 際に, プロセス内のスレッドだけを考慮する (PTHREAD_SCOPE_SYSTEM) か, あるいは, 他のプロセス内のスレッドも考慮する (PTHREAD_SCOPE_LOCAL)かを指定するもの(らしい)です.

PTL では, コンテンションスコープは PTHREAD_SCOPE_SYSTEM 固定で, 変更することはできません.

コンテンションスコープを設定するためには, pthread_attr_setscope() 関数を使用します.

3.2.3.5 スタックプロパティ

マルチスレッド環境では, スタックはスレッド毎に必要です. 通常の UNIX上の プロセスではスタックが溢れた場合, カーネルが自動的にスタックセグメントを 拡張します. しかし, スレッドスタックは, カーネルが管理していないため, こ の処理をPTL側で行ないます.

PTLでは, 大域変数 int pthread_stack_expansion_np が非0の場合, ス レッドスタックの自動拡張および溢れ検出を行うことができます. 高速化のた め, pthread_stack_expansion_np はデフォルトでは 0 になっています. この変数は, main() を実行する前に設定する必要があり, 実行中に変更 してはいけません. 以下のように設定するのが正しい方法です.

int pthread_stack_expansion_np = 1;

int main()
{
  ...
}

PTLでは, 現在のところ3種類のスタック (共有メモリスタック, Redzone Protect スタック, ヒープメモリスタック) を提供しています. (pthread_stack_expansion_np が 0 の場合, ヒープメモリスタックのみ が使用されます) それぞれのスタックの特徴は以下の通りです.

共有メモリスタック

共有メモリスタックは OS が共有メモリ機構をサポートしている場合に使用 可能で, スタック溢れを検出できます. スタックが溢れた場合, 自動的に拡 張できる場合があります(アーキテクチャによる). スタックの確保に若干時 間がかかるという欠点があります.

Redzone Protect スタック

Redzone Protect スタックは OS が mprotect システムコールをサポートし ている場合に使用可能で, スタック溢れを検出できます(拡張は出来ません). スタックの確保に若干時間がかかるという欠点があります.

ヒープメモリスタック

ヒープメモリスタックは, どのアーキテクチャでも使用可能で, malloc() を用いてスタックを確保します. スタック溢れを検出でき ませんが, 三つの中で一番速く確保することが出来ます.

低レベルの実装を隠蔽するため, スタックを確保する際に, ユーザはこれらの スタックの種類を陽に指定することは出来ないようになっています. その代わ り, ユーザは pthread_attr_setstackprop_np() を用いて使用したい スタックの性質(スタックプロパティ)を伝えることが出来ます. 現在のところ プロパティとして以下の3つが定義されています. 複数のプロパティを論理和 で結合して pthread_attr_setstackprop_np() に渡すことが出来ます.

PTHREAD_STACK_SAFE_NP

安全なスタック(溢れ検出可能)

PTHREAD_STACK_EXTENSIBLE_NP

自動拡張可能なスタック

PTHREAD_STACK_NONE_NP

特に性質を指定しない

デフォルトでは, PTHREAD_STACK_SAFE_NP が使用されます. PTL は, なるべく指 定したプロパティを満たすスタックを確保しようと試みますが, 失敗した場合は 他の種類のスタックが割り当てられます.

これらのスタックは, スレッドが終了した後, スタックキャッシュに蓄えられ, 以後のスレッドの生成時に再利用されます.

また, pthread_alloc_stack_cache_np() を用いて指定した数のスタッ クを予めスタックキャッシュに用意しておくことができます. これによって, 一度に多数のスレッドを生成する際の時間を稼ぐことが出来ます.

pthread_alloc_stack_cache_np は PTL 独自の関数です. POSIX ではス タックの確保方法の指定について特に定めていません.

3.2.3.6 スタックサイズ

スタックサイズ 属性は, スレッドのスタックサイズを指定します. デフォ ルトでは 16K バイトです. 変更するためには pthread_attr_setstacksize() 関数を用います.

3.2.3.7 デタッチステート

デタッチステート 属性はスレッドが開始した際にデタッチされてい るかどうかの指定を行ないます.(See section スレッドの削除.) デフォルトではデタッチされていません. デタッチステートを変更するためには, pthread_attr_setdetachstate() 関数を用います.

3.2.3.8 サスペンドステート

サスペンドステート 属性は, スレッドが開始した際にサスペンドされ ているかどうかの指定を行ないます. (See section スレッドのサスペンドの概要.) デフォルトではスレッドは開始時はサスペン ドされません. サスペンドステートを変更するためには, pthread_attr_setsuspended_np() 関数を用います.

3.2.4 Mutex アトリビュートオブジェクト

Mutex アトリビュートオブジェクト は, pthread_mutex_init() や PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER で生成する Mutex のアトリビュートを 指定するために用います.

Mutex アトリビュートオブジェクトで指定できる属性には以下のものがあり ます.

• プロセスシェアード属性
• Mutex プロトコル属性
• シーリング属性

PTL では, Mutex アトリビュートオブジェクトのデフォルトとして, それぞれの 属性に以下の値を与えます. 属性の値の意味に関しては後の章を参照してくださ い.

属性

値

プロセスシェアード属性

0 (not shared)

Mutex プロトコル属性

PTHREAD_PRIO_NONE

シーリング属性

SCHED_FIFO の最大プライオリティ

このデフォルト値は, 以下の場合に使用されます.

• pthread_mutexattr_init() で生成したスレッドアトリビュートオブジェ クトの初期値
• pthread_mutex_init() の引数の Mutex アトリビュートオブジェクトが NULL の場合
• PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER で作成された Mutex のアトリビュートとし て

3.2.4.1 プロセスシェアード属性

プロセスシェアード属性 は, Mutex がプロセス間で共有されるかどうか を指定します. PTL ではこの属性はサポートしていません. 全てのMutex はプロ セスローカルです.

プロセスシェアード属性を変更するためには, pthread_mutexattr_setpshared() 関数を用います.

3.2.4.2 Mutex プロトコル属性

プライオリティの逆転(See section Mutex.)を避けるため, Mutex をロックす るスレッドのプライオリティを動的に変更することが出来ます. どのような方法 で, プライオリティを変更するかを, Mutex プロトコル属性によって指定 します. Mutex プロトコルには以下の3種類があります.

• PTHREAD_PRIO_NONE (デフォルト)
• PTHREAD_PRIO_INHERIT
• PTHREAD_PRIO_PROTECT (未実装)

Mutex プロトコル属性を変更するためには, pthread_mutexattr_setprotocol() 関数を用います.

詳しくは See section プライオリティの逆転の回避. を参照してください.

3.2.4.3 シーリング属性

シーリング属性 は, Mutex プロトコル属性(See section Mutex プロトコル属性.) がPTHREAD_PRIO_PROTECT の場合に意味を持ちます. (PTL では, まだPTHREAD_PRIO_PROTECT プロトコルを実装していません)

シーリング属性を変更するためには, pthread_mutexattr_setprioceiling() 関数を用います.

シーリングについては, See section プライオリティの逆転の回避. を参照してください.

3.2.5 Condition アトリビュートオブジェクト

Condition アトリビュートオブジェクト は, pthread_cond_init() や PTHREAD_COND_INITIALIZER で生成する Condition Variable のアトリビュートを指定するために用います.

Condition アトリビュートオブジェクトで指定できる属性には以下のものがあり ます.

• プロセスシェアード属性

PTL では, Condition アトリビュートオブジェクトのデフォルトとして, それぞ れの属性に以下の値を与えます. 属性の値の意味に関しては後の章を参照してく ださい.

属性

値

プロセスシェアード属性

0 (not shared)

このデフォルト値は, 以下の場合に使用されます.

• pthread_condattr_init() で生成したスレッドアトリビュー トオブジェクトの初期値
• pthread_cond_init() の引数の Condition アトリビュートオブジェ クトが NULL の場合
• PTHREAD_COND_INITIALIZER で作成された Condition Variable のアトリ ビュートとして

3.2.5.1 Condition Variable プロセスシェアード属性

プロセスシェアード 属性は, Condition Variable がプロセス間で共有さ れるかどうかを指定します. PTL ではこの属性はサポートしていません. 全ての Condition Variable はプロセスローカルです.

プロセスシェアード属性を変更するためには, pthread_condattr_setpshared() 関数を用います.

3.3 同期機構の概要

マルチスレッドプログラムでは, しばしばスレッド間で同期を取る必要がありま す. 例えば, スレッド間で共有している大域データにアクセスする場合や, 他の スレッドで行なわれている作業が完了するまで待つような場合です. Pthreads では, 同期の方法として, Mutex と Condition Variable を提供しています.

3.3.1 Mutex

Mutex は, MUTual EXclusion の略で, 複数のスレッドが同時にスレッ ド間で共有しているリソース (大域データ等) にアクセスできないようにするた めのものです. Mutex には二つの状態 — ロックされている状態と, アンロッ クされている状態 — があります. スレッドから共有リソースにアクセスする ためには以下のような手順を踏みます.

1. 共有リソースと結び付けられた Mutex をロック.
2. 共有リソースにアクセス.
3. ロックした Mutex をアンロック.

1. で Mutex をロックする際に, その Mutex が既に他のスレッドによってロッ クされていた場合には, 後からロックしようとしたスレッドの実行は Mutex がアンロックされるまで実行を停止します.

Mutex を用いて共有リソースを保護するのはプログラマの責任です.

Mutex は排他的にアクセスしたい共有リソース毎に Mutex を生成しなければ なりません.

Mutex は, 「短い時間の」アクセスに限って使用されるべきです. 特に, Mutex をロックしている間にそのスレッドがブロックする可能性があるような 場合, Mutex を使用すべきではありません. このような場合は, Condition Variable を使用します. See section Condition Variable.

スレッドが終了する場合 (See section スレッドの終了.), ロッ クしている Mutexは自動的には 開放されません. PTL では, 終了した際にロックしている Mutex があると警告を発します. (See section キャンセルの概要.)

低いプライオリティのスレッドが Mutex をロックしている間に, 他の高いプラ イオリティのスレッドが同一の Mutex をロックしようとすると, 高いプライオ リティのスレッドが長期間ブロックされ得ます (プライオリティの逆転). これを避けるための機構が, Mutex には備わっています. 以下を参照してくださ い.

3.3.1.1 プライオリティの逆転の回避

プライオリティの逆転を避けるため, Mutex には以下の3種類の「プロトコル」 が定義されています.

PTHREAD_PRIO_NONE

スレッドが PTHREAD_PRIO_NONE プロトコルを持つ Mutex をロックする際は, スレッ ドのプライオリティは Mutex の所有によって影響されることはありません(デフォ ルト). このプロトコルは, プライオリティの逆転を回避できません.

PTHREAD_PRIO_INHERIT

スレッドが PTHREAD_PRIO_INHERIT プロトコルを持つ Mutex をロックした後, より高いプライオリティのスレッドが同一の Mutex をロックしようとしてブロッ クした場合, Mutex をロックしているスレッドのプライオリティは, その Mutex を待ってブロックしている全てのスレッドの中で, 最も高いプライオリティのス レッドのプライオリティまで一時的に高められます. これによって, Mutex をロッ クしているスレッドが高いプライオリティで実行されることになりま す.

スレッドが Mutex をアンロックすると, プライオリティは元に戻ります.

PTHREAD_PRIO_PROTECT

スレッドが PTHREAD_PRIO_PROTECT プロトコルを持つ Mutex をロックすると, 直ちにそのスレッドのプライオリティは, その Mutex の シーリング の 値まで高められます. スレッドが複数の PTHREAD_PRIO_PROTECT プロトコルを持 つ Mutex をロックしている場合は, それらのうちの最も高いシーリングをプラ イオリティとします.

スレッドが Mutex をアンロックすると, プライオリティは元に戻ります.

プライオリティの逆転を防ぐためには, Mutex のシーリングは, Mutex をロック する可能性の有る全てのスレッドの最も高いプライオリティと等しいか, それ以 上に設定されなければなりません.

シーリングは SCHED_FIFO スケジューリングポリシーで許されるプライオリティ の範囲の値を取ります.

もし, スレッドが異なったプロトコルを持った複数の Mutex を同時に所有する 場合, スレッドはそれらのプロトコルによって得られる最高のプライオリティで 実行されます.

PTL では現在のところ PTHREAD_PRIO_PROTECT は実装していません.

3.3.1.2 Mutex の生成と破棄

Mutex を生成するためには pthread_mutex_init() か, PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER を用います.

破棄するためには pthread_mutex_destroy() 関数を用います.

3.3.1.3 Mutex のロック

Mutex をロックするためには, pthread_mutex_lock() を用います. こ の関数は, Mutex がロックされていなければロックします. Mutex がロックさ れていれば, Mutex がアンロックされるまでブロックします. いずれにせよ, pthread_mutex_lock() からリターンしてきた際には Mutex はロック されています.

Mutex がロックされている場合にブロックして欲しくない場合のため, pthread_mutex_trylock() があります. これは, Mutex がロックされて いた場合, EBUSY を返します.

Mutex をロックしているスレッドが更に同じスレッドをロックしようとすると, pthread_mutex_lock(), pthread_mutex_unlock() は EDEADLK と を返します.

3.3.1.4 Mutex のアンロック

Mutex をアンロックするためには pthread_mutex_unlock() 関数を用 います.

Mutex をアンロックし忘れると, 簡単にデッドロックを引き起こすので注意し てください. 特にキャンセル可能なスレッドでは, このことは重要です. 詳し くは See section キャンセルの概要. を参照してください.

3.3.1.5 Mutex に対するネーミング

Mutex にはそれぞれ名前をつけることができます. これは, デバッグの時に役 立ちます. Mutex を生成した時点では, 名前は付いていません.

Mutex に名前を付けるためには, ptheread_mutex_setname_np() を, 名前を得るためには, pthread_mutex_getname_np() を用います.

3.3.2 Condition Variable

Condition Variable は, 共有リソースが, 「特定の状態」になること を待つための仕組みです. Condition Variable は以下のように働きます.

スレッドは, 共有リソースが「自分の望む状態」になっているかどうかをチェッ クし, なっていなければ, ブロックします. 共有リソースの状態を変更したス レッドは, 状態を変更したことを他のスレッドに知らせます. 変更を通知され た(ブロックしている)スレッドはアンブロックされ, またリソースが「自分の 望む状態」かどうかを調べます.

例えば, 一つのスレッド (writer thread) が共有バッファに対して「要求」 を書き込み, もう一つのスレッド (reader thread) が共有バッファから「要 求」を読み取って処理を行なうような場合を考えます. バッファには数個の 「要求」を格納することができるとします. この場合, writer thread は共有 バッファを満たしてしまった場合, バッファに余裕ができるまで 「バッファ に空きがある」という Condition Variable でブロックします. 一方, reader thread はバッファから「要求」を読み取った後, バッファに空きが生じたの で, 「バッファに空きがある」という Condition Variable を「シグナル」し ます.

スレッドが共有リソース上のテスト(「自分の望む状態」かどうか？)を行なうコー ドは, 共有リソースへのアクセスを行なわなければならないため, 共有リソース と結び付いた Mutex で保護されなければなりません. (See section Mutex.). 実際, Condition Variable は, Mutex と必ず結び付いて使用されます.

Condition Variable でブロックする際には, 他のスレッドが共有リソースを アクセスできるように Mutex はアンロックされ, また, Condition Variable からアンブロックする際に Mutex が自動的に再びロックされます. Condition Variable でのブロックと, Mutex のアンロックは不可分に実行されます.

典型的な疑似コードを以下に示します. スレッド A は, 共有リソース上の特 定の<条件>が満たされた場合に処理 X を行ないます. スレッド B は共有リソー スにアクセスするもう一つのスレッドで, 処理 Y を行ないます.

スレッドAのコード

/* 条件をテストするため, Mutex をロック */
pthread_mutex_lock(共有リソース_mutex);
while (<条件>が満たされていない) {
        /*
         * <条件>が変更されるまで, Condition Variable でブロック.
         *  Mutex は自動的にアンロックされる.
         */
        pthread_cond_wait(条件_cond , 共有リソース_mutex);
}
共有リソースに対する処理 X;
pthread_mutex_unlock(共有リソース_mutex);

スレッドBのコード

pthread_mutex_lock(共有リソース_mutex);
共有リソースに対する処理 Y;
/*
 * 変更を通知する.
 */
pthread_cond_signal(条件_cond);
pthread_mutex_unlock(共有リソース_mutex);

スレッド A は, 共有リソースにアクセスするために Mutex をロックし, <条 件>をテストします. もし<条件>が満たされていなければ, Condition Variable で Wait します. その際に, Mutex は自動的にアンロックされます. 一方スレッド B では, 共有リソースにアクセスするために Mutex をロックし, 処理 Y を行ないます. その後, スレッド A が共有リソース上の Condition Variable で Wait している場合に備え, pthread_cond_signal() によっ て Condition Variable を「シグナル」します. これによって, スレッド A は pthread_cond_wait() の Wait からアンブロックされ, Mutex を再 びロックして, <条件>をテストすることができます. スレッド B が pthread_cond_signal() を呼びだす際に, 他のスレッドが Condition Variable で Wait していなかった場合, 何も発生しません.

3.3.2.1 Condition Variable の生成と破棄

Condition Variable を生成するためには, pthread_cond_init() か, PTHREAD_COND_INITIALIZER を用います.

破棄するためには pthread_cond_destroy() を用います.

3.3.2.2 Condition Variable での Wait

Condition Variable で Wait するためには, pthread_cond_wait() を用 います. この関数は, 自動的に指定された Mutex をアンロックし, Condition Variable が「シグナル」されるまでブロックします. (See section Condition Variable のシグナル.) Mutex は必ずロックされていなければなりません. ロッ クされていない場合の動作は未定義です.

複数のスレッドから同一の Condition Variable で Wait を行なう際, pthread_cond_wait() には, 同一の Mutex が指定されなければなりま せん.

pthread_cond_wait() は, Condition Variable が「シグナル」される までブロックします. (See section Condition Variable のシグナル.)

指定した時刻が過ぎたら, Condition Variable での Wait から強制的に抜け 出したい場合は, pthread_cond_timedwait() を用います. ここで指定 する時刻は, 相対時刻 (何秒後) ではなく, 絶対時刻です. pthread_cond_timedwait() は, 時刻が過ぎると ETIMEDOUT を返します.

Condition Variable で Wait 中のスレッドにシグナルが配送された場合, シ グナルハンドラを呼び出す前に Mutex がロックされます. ロックされた Mutex は, シグナルハンドラからのリターンの後に自動的にアンロックされま す(シグナルハンドラから大域ジャンプを行なった場合を除く).

3.3.2.3 Condition Variable のシグナル

Condition Variable で Wait しているスレッドをアンブロックさせるために は, 2種類の方法があります.

• Condition Variable で Wait しているスレッドの一つをアンブロック させるためには pthread_cond_signal().
• Condition Variable で Wait している全てのスレッドをアンブロック させるためには pthread_cond_broadcast().

pthread_cond_signal() では, アンブロックされるスレッドは, Condition Variable でブロックしているスレッドのうち, 最もプライオ リティの高いスレッドです. (See section スケジューリングの概要.)

pthread_cond_broadcast() では, Condition Variable を待っている 全てのスレッドがアンブロックされますが, 当然 Mutex をロックできるスレッ ドは(同時には)一つだけです. 他のスレッドは Condition Variable の Wait からは開放されますが, Mutex を待ってブロックすることになります.

3.3.3 その他の同期機構

スレッドは, 他のスレッドの終了を待つことができます. See section スレッドの終了の Wait. を参照し てください.

3.4 Thread-Specific データの概要

特定の キー に対し, スレッド毎にデータを持つことが出来ます. 任意 のポインタをスレッドに結び付けることが出来ます. 概念的には, Thread-Specific データは, 縦に キー, 横にスレッドが並んだ二次元 配列と考えることが出来ます.

それぞれのスレッドは, 任意のデータを任意の値を自分自身の Thread-Specific データ領域に格納し, 取得することができます.

Thread-Specific データを用いるためには, まず, 全てのスレッドで共有する, ユニークな キー を生成しなければなりません. このためには, pthread_key_create() を用います. この関数は, キー を生成 し, 存在する全てのスレッドの, キー と結び付いた Thread-Specific データの値を 0 に初期化します. また, この関数では, キー に対する デストラクタ関数を定義できます. この関数は, スレッドが終了する際に, Thread-Specific データを開放するために用いられます. (See section スレッドの終了.)

キーを削除するには, pthread_key_delete() を用います.

Thread-Specific データを格納するためには, pthread_setspecific() を用います.

Thread-Specific データを取得するためには, pthread_getspecific() を用います.

3.5 スケジューリングの概要

スレッドは, それぞれのScheduling Policy Attribute(See section スケジューリングポリシー.)とScheduling Priority Attribute(See section スケジューリングプライオリティ.)によってスケジュールされます.

スケジューリングポリシー は, スレッドがどのようにスケジューリ ングされるかを指定します.

スケジューリングポリシーとプライオリティの値の範囲の関係は以下のように なっています.

                                        プライオリティ大
SCHED_FIFO, SCHED_RR の範囲                    ^
                                               |
SCHED_OTHER の範囲                             |
                                               v
                                        プライオリティ小

スケジューリングは, 以下の規則によって行なわれます.

• スケジューリングポリシーとして SCHED_FIFO, SCHED_RR を持つスレッ ドが存在すれば, その中で最も高いプライオリティを持つスレッドを実行し ます. (同一のプライオリティで SCHED_FIFO と SCHED_RR の両方のスレッ ドが存在すれば SCHED_FIFO を優先します).
• SCHED_FIFO, SCHED_RR を持つスレッドが存在しなければ, SCHED_OTHER を持つスレッドを実行します. (つまりスケジューリングポリシーとして, SCHED_FIFO あるいは SCHED_RR を持つ走行可能なスレッドが存在すれば, SCHED_OTHER ポリシーを持つスレッドはスケジュールされません.) それぞれ プライオリティ a, b を持つ二つの SCHED_OTHER のスレッド A, B が存在し た場合, スレッド A は, スレッド B よりも平均的に a/b 倍の頻度で実行さ れます.

3.5.1 SCHED_FIFO

このポリシーを持つスレッドは CPU を横取り (preempt) されることはありませ ん. SCHED_FIFO のスレッドは, 以下の場合に CPU を明け渡し, (存在す れば)他のスレッドを実行します.

• Mutex や, Condition Variable 等でブロックした.
• sleep() 等の呼びだしでサスペンドした.
• sched_yield() を呼びだした.
• pthread_create() によって, 自分よりプライオリティの高いスレッ ドを生成した.

3.5.2 SCHED_RR

このポリシーは SCHED_FIFO と似ていますが, 同一のプライオリティに 複数のスレッドが存在した場合, それらのスレッドの間で CPU の横取り (preemption) が行なわれます. つまり, タイムスライスを消費すると強制的に コンテキストスイッチが行なわれます.

3.5.3 SCHED_OTHER

このスケジューリングは, POSIX1003.1c では処理系依存とされています. PTL では, プライオリティに応じて CPU を与えられるスケジューリングに SCHED_OTHER を割り当てています. このポリシーの下では, スレッドに はプライオリティに比例して CPU 時間が与えられます. PTL では, このポリシー がデフォルトです.

SCHED_RR, SCHED_OTHER スケジューリングのためのタイムスライ スは, 100msec です.

3.6 シグナルの概要

それぞれのスレッド毎に シグナルマスク が存在します. スレッドのシ グナルマスクを取得, 変更するためには, POSIX.1 のインタフェースがそのま ま用いられます. シグナルマスクはシグナルの集合で, マスクされたシグナル は, スレッドへの配送がブロックされます.

プロセスは, シグナル毎に, シグナルアクション を保持します. アクショ ンはプロセス中の全てのスレッドで共有されます. シグナルアクションを取得, 変更するためには, POSIX.1 のインタフェースがそのまま用いられます.

シグナルの配送時に, シグナルアクションが, 終了(termination), 停止 (stop), 続行(continue) ならば, プロセス全体が終了, 停止, 続行します.

セグメンテーション違反のような, 特定のスレッドに起因するシグナルは, 同期シグナル と呼ばれます. 同期シグナルはそのシグナルを引き起こ したスレッドに配送されます.

一方, kill() や端末からのシグナル (<Control-C> による SIGINT 等) は, 非同期シグナル と呼ばれます. 非同期シグナルを待つためには, sigwait() を使用します. 詳しくは, See section シグナルの配送. を参照して下さい.

スレッドは, pthread_kill() によって, 同一プロセス内の特定のスレッ ドにシグナルを送ることが出来ます. もし, 受信したスレッドがそのシグナル の配送をブロックしていた場合, シグナルはそのスレッドでペンディングされ ます.

3.6.1 シグナルの配送

シグナルアクションは, プロセス毎に管理されます. アクションは, プロセス 中の全てのスレッドで共有されます. シグナルが配送された時, そのシグナル に対応するアクションが振る舞いを決定します.

以下のシグナルは, 特別に取り扱われます.

• SIGKILL が配送されると, Cleanup ハンドラを実行することなくプロセ ス中の全てのスレッドはただちに消滅し, プロセスは終了します.
• SIGSTOP が配送されると, プロセス中の全てのスレッドは直ちに停止し ます.
• SIGCONT が配送されると, プロセス中の全てのスレッドの実行は続行さ れます.

シグナルが配送された場合, シグナルアクションが参照されます. シグナルア クションは4種類あり, sigaction(), signal() 関数で設定, 変更できます.

SIG_DFL

デフォルト動作. OS のデフォルトのシグナルアクションが行なわれます. こ れが全てのシグナルアクションのデフォルトです.

SIG_IGN

無視. シグナルは破棄されます.

SIG_SIGWAIT_NP

シグナルは, sigwait() へ渡されます. どのスレッドも sigwait() を実行中でない場合, シグナルはペンディングされ, スレッ ドが sigwait() を実行した際に渡されます. これは PTL の独自拡張で す.

<シグナル捕捉関数>

配送されたシグナルに対して, sigwait() を実行しているスレッドが 存在すれば, シグナルは sigwait() に伝えられます.

そのシグナルに対して sigwait() を実行しているスレッドが存在しな ければ, シグナルは プロセス中のシグナルをブロックしていないス レッドの一つ に配送され, シグナル捕捉関数の実行が開始されます. もし, プロセス中の全てのスレッドがシグナルをブロックしていた場合, どれかのス レッドがシグナルの配送をアンブロックするか, 対応するシグナルアクション を無視 (SIG_IGN) に設定するまで, シグナルはプロセスでペンディングされま す. シグナル捕捉関数がリターンしたら, スレッドは割り込まれた場所から 実行を再開します. シグナル捕捉関数を実行するスレッドは無作為に選ばれま す.

複数のスレッドが同一のシグナルに対して sigwait() を実行していた 場合, 単一のスレッドの sigwait() のみがリターンします. その際, sigwait() がリターンするスレッドは無作為に選ばれます.

3.6.1.1 スレッドへ向けたシグナル

以下のようなシグナルは, スレッドへ直接送られます.

• セグメンテーション違反のような, スレッドの活動に起因するシグナル は, シグナルを引き起こしたスレッドへ送られます.
• pthread_kill() によって特定のスレッドに送られたシグナルは, 指定されたスレッドへ送られます.
• alarm() の結果発生する SIGALRM シグナルは, アラームを要求 したスレッドへ送られます.

シグナルを受信したスレッドが, シグナルの配送をブロックしていた場合, ス レッドがシグナルの配送をアンブロックするか, 対応するアクションを無視 (SIG_IGN) に設定するまで, シグナルはスレッドでペンディングされます. ス レッドでペンディングされているシグナルが再度発生した場合, 後のシグナル は破棄されます.

一度スレッドでシグナルがペンディングされると, それは他のスレッドに配送 されることはありません.

3.6.1.2 プロセスへ向けたシグナル

プロセス中の全てのスレッドがシグナルをブロックしていた場合, スレッドが シグナルの配送をアンブロックするか, 対応するシグナルアクションを無視 (SIG_IGN) に設定するまで, シグナルはプロセスでペンディングされます. プ ロセスでペンディングされているシグナルが再度発生した場合, 後のシグナル は破棄されます.

3.6.2 シグナルの状態の継承

pthread_create() によって新たなスレッドが生成される際, シグナル の状態は以下のように pthread_create() を呼び出したスレッドから 継承されます.

1. シグナルブロックマスクは, 作成するスレッドから継承されます.
2. シグナルペンディング集合はクリアされます.

3.6.3 同期シグナルリスト

PTL では, 以下のシグナルを同期シグナルとして扱います.

SIGILL, SIGFPE, SIGBUS, SIGSEGV, SIGSYS, SIGPIPE, SIGEMT

(SIGPIPE を同期シグナルとして扱うのは問題があるかも知れません)

これら以外のシグナルはすべて非同期シグナルとして扱われます.

3.6.4 Async Safe 関数

Not yet written for PTL2.

3.6.5 内部で使用しているシグナル

以下のシグナルはライブラリ内部で使用しているため, ユーザは使用できませ ん. kill(1) 等によってプロセスにシグナルが送られた場合の動作は不定とな ります.

SIGUSR2, SIGSEGV, SIGILL, SIGALRM

ただし, SIGALRM は, pthread_alarm_np() によって疑似的に発生させる ことが出来ます.

3.6.6 シグナルハンドラ

スレッドのシグナルハンドラは, 以下のような引数を受け取ります.

struct siginfo {
    int si_signo;       /* signal number */
    int si_code;        /* code (machine dependent) */
};

handler(int sig, struct siginfo *info) {
   ...
}

siginfo 構造体の, si_signo メンバーは, シグナルの番号 を保持しています. si_code メンバーは, アーキテクチャ依存の数が 入ります. これは, BSD UNIX のシグナルハンドラの第2引数の値です. pthread_kill(), raise() 等によって起動されたシグナルハン ドラでは, si_code は 0 になります.

3.6.7 errno

PTLでは, 大域変数 errno は, スレッド毎に保持され,コン テキストスイッチのたびに待避, 復元されます. シグナルハンドラを実行する 際も, errno は待避, 復元されるので, ユーザはシグナルハンドラの 内部で errno を保存する必要はありません.

3.7 キャンセルの概要

キャンセル は, 実行中のスレッドを他のスレッドから中止させるため の機構です. スレッドキャンセル機構によって, コントロールされた方法でプ ロセス内の他のスレッドの実行を終了させることができます. スレッドは他の スレッドからのキャンセルの要求を一時的に保留したり, キャンセルの際に Cleanup ハンドラを実行することが出来ます.

それぞれのスレッド毎に2ビットで表される Cancelability State が存在します. 1ビットは, スレッドがキャンセル要求を受け付ける(デフォル ト) か否かを表します. 残りの1ビットは,スレッドが同期キャンセルモード (デフォルト) か, 非同期キャンセルモードかを表します. (See section Cancelability States.)

スレッドにキャンセル要求を行なうためには, ptread_cancel() を用 います. この関数を呼び出しても, 対象のスレッドが直ちにキャンセルされる わけではありません. また, 一度キャンセル要求を行なった場合, 取り消すこ とは出来ません.

キャンセルが実行されるためには, 対象のスレッドがキャンセル要求を受け 付けるモードであることが必要で, かつ, 対象のスレッドが割り込みポイン ト (See section キャンセルポイント.) を通るか, 対象のス レッドが非同期キャンセルモードの時にのみ発生します. キャンセル要求の なされたスレッドがこれらの条件を満たせば, スレッドは次にスケジューリ ングされた時にキャンセルされます.

開放されなければならないリソース (Mutex 等) を保持している間に非同期キャ ンセルモードを用いることは, キャンセルによってリソースの開放が出来なく なる可能性があるため, 非常に危険です. また, Cleanup スタックはスレッド が同期キャンセルモードか, キャンセルを禁止した状態の時のみ, 安全に操作 (プッシュ, ポップ) することができます. (See section スレッド Cleanup.) 非同期キャンセルモードは, 長時間かかる計算のループなどを中止 するためだけに用いるべきです.

3.7.1 Cancelability States

Cancelability State は, スレッドがキャンセルの要求を受け取っ た際の動作を決定します.

それぞれのスレッドは, 2ビットの Cancelability States を持って います.

キャンセル許可フラグ

キャンセル許可フラグは, キャンセル要求を受け付ける (PTHREAD_CANCEL_ENABLE,デフォルト) か否か (PTHREAD_CANCEL_DISABLE) を制御 します. キャンセル許可モードを変更するためには pthread_setcancelstate() を用います.

キャンセルは, 対象のスレッドが PTHREAD_CANCEL_ENABLE の場合にのみ発生し ます. PTHREAD_CANCEL_DISABLE の場合, キャンセル要求はスレッドでペンディ ングされ, 後にキャンセル許可モードが PTHREAD_CANCEL_ENABLE に変更された ときにキャンセルが実行されます.

キャンセルタイプ

キャンセルタイプは, スレッドが特定の操作を実行中にのみキャンセルされる (PTHREAD_CANCEL_DEFERRED) –同期キャンセルモード(デフォルト)– か, 「何を実行していても」キャンセルされる (PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS) – 非同期キャンセルモード– かを制御します.

キャンセル許可フラグが PTHREAD_CANCEL_ENABLE で, キャンセルタイプが PTHREAD_CANCEL_DEFERRED ならば, キャンセル要求は, スレッドの実行 がキャンセルポイントに達するまでペンディングされます. (See section キャンセルポイント.)

キャンセル許可フラグが PTHREAD_CANCEL_ENABLE で, キャンセルタイプが PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS ならば, 新たな, あるいはペンディングさ れていたキャンセル要求は直ちに処理されます.

キャンセル許可フラグが PTHREAD_CANCEL_DISABLE ならば, 全てのキャン セル要求はペンディングされるのでキャンセルタイプの設定は直ちには効果はあ りませんが, キャンセル許可フラグが ENABLE になると, 設定されたキャンセル タイプは効果を持ちます.

新たに生成されるスレッドと, 初期スレッドのキャンセル許可フラグとキャンセ ルタイプの初期値はそれぞれ PTHREAD_CANCEL_ENABLE, PTHREAD_CANCEL_DEFERRED です.

3.7.2 キャンセルポイント

以下はキャンセルポイントとなります.

• pthread_cond_wait(), pthread_cond_timedwait()).
• pthread_join().
• pthread_testcancel().
• sigwait().
• sleep(), nanosleep(), usleep().

スレッドのキャンセル許可モードが PTHREAD_CANCEL_ENABLE で, スレッドがこ れらの関数を呼び出してブロックしている間に, 他のスレッドからキャンセル 要求がなされると, スレッドはキャンセルされます.

明示的にキャンセルの要求があったかどうかをテストするためには, pthread_testcancel() を用います. スレッドがキャンセル許可モード ENABLE で, そのスレッドにキャンセル要求がなされている時に, スレッドが pthread_testcancel() を実行すると, キャンセルが実行されます. pthread_testcancel() からはリターンしません.

キャンセルポイントで待っているイベントが起こった後, スレッドがスケジュー リングされる前に, キャンセル要求が発生した場合, キャンセルが実行される か, あるいはキャンセル要求がペンディングされて, スレッドが通常の実行を 開始するかどうかは, 不定です.

3.7.3 スレッド Cleanup

スレッドがキャンセルされる際に, 後処理をするルーチン (Cleanup ハ ンドラ)を設定できます. スレッドは Cleanup ハンドラ中でリソースを自動 的に開放したりすることができます.

スレッドは Cleanup ルーチンのリストを保持しています. ルーチンを登録す るためには, pthread_cleanup_push(), pthread_cleanup_push_f_np() を, ルーチンを開放するためには, pthread_cleanup_pop(), pthread_cleanup_pop_f_np() を用います.

キャンセルが実行される際, リスト上のルーチンは LIFO (Last In–First Out) の順に, 一つずつ実行されます. すなわち, 最後にリストにプッシュさ れた関数が最初に実行されます. Cleanup ルーチンを実行するスレッドは最 後の Cleanup ルーチンがリターンするまでキャンセル許可モードは DISABLE になります. 最後の Cleanup ルーチンがリターンすると, スレッドの実行は 終了し, 終了ステータスとして PTHREAD_CANCEL が join しているスレッド に返されます.

Cleanup ルーチンはスレッドが pthread_exit() を呼びだした場合に も実行されます.

Condition Variable での Wait 中のキャンセルでは副作用として, 最初の Cleanup ルーチンが呼ばれる前に, Mutex が再び獲得されます. さらに, Condition Wait 中にキャンセル要求のあったスレッドは Condition で Wait しているとは見なされず, スレッドは pthread_cond_signal() の対象 とはなりません.

3.7.4 非同期 Cancel-Safe 関数

非同期キャンセルモードのスレッドが安全に呼び出すことが出来る関数は Async-Cancel-Safe 関数 といいます. また, Async-Cancel-Safe 関数 は, 割り込まれた時にも呼ぶことが出来ます. Async-Cancel-Safe 関数は, 大域 データを書き換えたりすることが無く, 関数の実行が途中で中止されても安全 な関数です.

3.8 ログ機能について

(この機能は現在メンテナンスされていません. 有効にするためには, PTL の ‘src/spec.h’ で #define LOGGING する必要があります)

マルチスレッドのプログラムをデバッグすることは, 簡単ではありません. デ バッグを助けるため, PTL にはスレッドの振る舞いを記録し, ログファイルに 書き出す機能があります. 出力されたログファイルは, 専用のログビューアを 用いて X Window 上で見ることができます.

ログビューアは, ‘contrib’ ディレクトリ中の ‘xptllogXXX.tar.gz’ にあります. 詳細は, アーカイブ中のドキュメン トを参照してください.

環境変数 PTHREAD_LOG に, ログファイル名をセットして, プログラムを走 らせると, 環境変数で指定されたファイルにログが出力されます. 環境変数 PTHREAD_LOG が存在しなければ, ログは出力されません.

ログファイルはホストのバイトオーダーに依存しないようになっています.

ログには, 以下の情報が記録されます.

• スレッドの生成(create), 終了(exit), デタッチ, join
• コンテキストスイッチ
• Mutex の init, destroy, lock, unlock, trylock
• Condition Variable の wait, timedwait, signal, broadcast
• キャンセルの要求, Cleanup ハンドラの実行
• シグナルの発生, ハンドラの起動/復帰, sigwait の復帰

スレッド, Mutex, Condition Variable に名前を付けるとログビューアで表示 されるため, デバッグを効率的に行なうことが出来ます.

ユーザが任意の ASCII 文字列をログに出力することも可能です. これは従来 の printf デバッグに対応するものと考えて良いでしょう. このためには, 関数 pthread_log_np を用います. ここで指定された文字列はログビュー アの画面上で表示されます.

ログはある程度たまる毎にファイルに書き出されますが, この処理の間, 他の スレッドの実行は停止されます. ログファイルの書きだしには比較的時間がか かるため, ログをファイルに書き出す直前に, PTL は文字列[log flushing] を書き出して, 書き出し中であることをユーザが認識できるよう にしています.

3.9 データ型

Pthreads では, 以下のデータ型を定義しています. これらはすべて ‘<sys/types.h>’ で定義されます.

pthread_t

スレッド

pthread_attr_t

スレッドアトリビュートオブジェクト

pthread_mutex_t

Mutex

pthread_mutexattr_t

Mutex アトリビュートオブジェクト

pthread_cond_t

Condition Variable

pthread_condattr_t

Conditionアトリビュート

pthread_key_t

Thread-Specific データキー

pthread_once_t

動的なパッケージの初期化

PTL では, pthread_mutex_t と pthread_cond_t を除く全ての型 はintと同一で, 値をハンドルとして用いています. このため, エラーチェック が可能となっています. pthread_mutex_t と pthread_cond_t は 構造体です. これは高速化のためです.

3.10 関数の戻り値

特に断わりの無い限り, Pthread の関数 (pthread_*) は正常に終了した場合 0 を返し, 失敗した場合エラーコードを返します. errno には設定しませんので注 意してください.

3.11 注意点

ここでは, マルチスレッド環境で注意すべき点について述べます.

3.11.1 大域変数の保護

CPU がタイムスライスによって奪われるスケジューリング (SCHED_RR, SCHED_OTHER) の下では, 複数のスレッドから同時にアクセスされる大域 変数や関数内 static 変数は, 排他制御されなければなりません (See section 同期機構の概要.). これに対し, auto 変数は通常, 排他制御する必要は有りません.

3.11.2 デッドロック

マルチスレッド環境では, 不注意によって簡単にデッドロックが起きます. 例 えば以下のようなコードはデッドロックを引き起こします. (Thread1 が mutex1 をロックした後, Thread2 が mutex2 をロックすると, Thread2 は mutex1 をロックできずにブロックし, Thread1 も mutex2 をロックできずに ブロックしてしまいます.)

Thread.1                            Thread.2
while(1) {                             while(1) {
  pthread_mutex_lock(&mutex1);          pthread_mutex_lock(&mutex2);
  ....                                    ....
  pthread_mutex_lock(&mutex2);          pthread_mutex_lock(&mutex1);
  ....                                    ....
  pthread_mutex_unlock(&mutex2);        pthread_mutex_unlock(&mutex1);
  pthread_mutex_unlock(&mutex1);        pthread_mutex_unlock(&mutex2);
}                                      }

複数の Mutex をロックする場合, デッドロックを避けるために, プロセス内 で Mutex をロックする順序を統一しなければなりません.

3.11.3 既存のライブラリの使用

既存のライブラリのほとんどは, マルチスレッド環境から呼ぶには適していま せん. それらのほとんどは, (適切なロック無しに)大域データにアクセスして います.

これらのライブラリを使用するためには, いくつかの方法があります.

• ライブラリを単一のスレッドからしか呼ばない. こうすると, ライブラリは並列 に呼ばれることはありません.
• 排他制御する. ライブラリを呼ぶ前に Mutex をロックし, リターンし てきた後でアンロックすることによって, ライブラリの呼び出しを, 「逐次化」 することができます.

PTLでは, いくつかの既存のライブラリ関数のリエントラント版を用 意しています. See section リエントラント関数. を参照し てください.

PTLの, スレッド対応標準入出力ライブラリ(stdio)は, ファイルデ スクリプタ毎に用意した Mutex をロックすることによって実現しています.

3.11.4 スレッドスタック

スレッドのスタックは, プロセス中のデータ領域あるいは共有メモリ領域に確 保されます.

共有メモリスタック及び Redzone プロテクトスタックは, 溢れると

[Thread 6]Stack Type: shared memory
Stack overflow (cannot extend) stack size 16384, bottom 0x20400000

のように表示して停止します. これに参考に, スタックのサイズを変更して下 さい.

3.11.5 入出力

I/O システムコールは, ほとんどがライブラリによってオーバーライドされて います.

それぞれのスレッドは ネットワーク I/O やプロセス間通信を並行して実行でき ます. I/O 操作がすぐに完了しない場合, その I/O を実行しようとしたスレッ ドのみがブロックされ, 他のスレッドの実行は続行されます. (ただし, ファイ ル I/O は, ファイル I/O が完了するまで全てのスレッドをブロックさせます.)

これらは, PTL内部でファイルデスクリプタを非ブロックモードで使用 することによって実現しています. 現在のところ, ユーザは, 非ブロックモー ドを使用することは出来ません.

ただし, 標準入力, 標準エラー出力だけはブロックモードで使用しています.

TLI (Transport Layer Interface), ファイルロッキング 等はサポートさ れていません. これらを利用した場合, どうなるかは不明です.

3.11.6 ジョブコントトロール

PTLは, ジョブコントロール制御には以下のように対応しています.

プロセスが停止(サスペンド)された場合は, 全てのスレッドが停止します. (See section シグナルの配送.)

プロセスが background で走行中に, スレッドが read() 等によって制 御端末からの入力が発生すると, そのスレッドは, プロセスが foreground に 回されて入力が完了するまでブロックします.

プロセスが background で走行中に, write() 等によって制御端末への 出力が発生すると, 端末がバックグラウンドジョブからの出力を禁止している場 合でも(例えば stty tostop を実行している等), 現在のところ出力は 行なわれます.

PTLではプロセスが, backgroud から foreground に回ったことを知 るために, SIGCONT シグナルが送られることを前提としています. これは, 大 抵のシェルには当てはまりません(確認した限りでは最近の tcsh (6.03 以降?) が SIGCONT を送るようです). 動いているプロセスに SIGCONT を送ることは特 に害が無いため, シェルに手を加えてプロセスが foreground に回った際に SIGCONT を送るようにすべきです. bash に関しては foreground に回した際 に SIGCONT を送るようにするパッチが ‘patches’ ディレクトリにあり ます.

PTLでは, 標準出力を, 非ブロックモードで使用しています. これは, シェルを 混乱させる場合があります(例えば version 1.13.4 より前の bash). PTLでは, シェルが混乱しないように最小限の対策を行なっていますが, プロセスを停止 (サスペンド)するために, SIGTSTP でなく SIGSTOP を送ったり, プロセスが捕 捉できないシグナルを受け取って死んでしまうと, シェルは混乱します.

3.11.7 移植性

ライブラリで定義している関数, 定数のうち, _np, あるいは _NP で終わるものは独自のもので, 他の POSIX 1003.1c ベースのライブ ラリでは提供されません. これらの関数の使用は移植性を低下させます. 注意し てください.

NP は, Non Portable の略です.

PTL では ‘<pthread.h>’ 中に, __PTL__ を定義しています. 移 植性が問題となる場合, #ifdef によってコードを切り分けてください.

4 リファレンス

この章は, PTLのリファレンスマニュアルです.

4.1 スレッド管理のための関数

4.1.1 スレッド属性の操作

#include <pthread.h>

int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);
int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t stacksize);
int pthread_attr_getstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t *stacksize);
int pthread_attr_setstackaddr(pthread_attr_t *attr, void *stackaddr);
int pthread_attr_getstackaddr(pthread_attr_t *attr, void **stackaddr);
int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int *detachstate);
int pthread_attr_getdetachstate(pthread_attr_t *attr, int *detachstate);
int pthread_attr_setstackprop_np(pthread_attr_t *attr, int property);
int pthread_attr_getstackprop_np(pthread_attr_t *attr, int *property);
int pthread_attr_setsuspended_np(pthread_attr_t *attr, int suspendstate);
int pthread_attr_getsuspended_np(pthread_attr_t *attr, int *suspendstate);

pthread_attr_init

pthread_attr_init()は, attr で指定されたスレッドアトリビュー トオブジェクトを初期化します.

生成されたスレッドアトリビュートオブジェクトは, pthread_create() によってスレッドを作成する際に用いられます. 単一のスレッドアトリビュート オブジェクトを複数の pthread_create()の呼出しに使用しても構いません.

pthread_attr_destroy

pthread_attr_destroy()は, スレッドアトリビュートオブジェクト を削除するために用います. 削除されたスレッドアトリビュートオブジェ クトを使用してはいけません.

pthread_attr_setstacksize

pthread_attr_setstacksize()は, attrのスタックサイズ属性 を設定します. stacksizeの単位は byte です.

pthread_attr_getstacksize

pthread_attr_getstacksize()は, attrのスタックサイズ属性 を取得します. stacksizeの単位は byte です.

pthread_attr_setdetachstate

pthread_attr_setdetachstate() は, attr のデタッチステート属 性を設定します. detachstate は PTHREAD_CREATE_DETACHED か PTHREAD_CREATE_JOINABLE の値をとります. PTHREAD_CREATE_DETACHED ならば, attr を用いて生成された全てのスレッドはデタッチされた状態で開始さ れます. PTHREAD_CREATE_JOINABLE ならば, デタッチされない状態で開始されま す.

pthread_attr_getdetachstate

pthread_attr_getdetachstate() は, attr のデタッチステート 属性を取得します.

pthread_attr_setstackprop_np

pthread_attr_setstackprop_np() は, attr の スタックプロパティ属性を property に設定します. property は以下の定数の論理和です.

PTHREAD_STACK_SAFE_NP

安全なスタック(溢れ検出可能)

PTHREAD_STACK_EXTENSIBLE_NP

自動拡張可能なスタック

PTHREAD_STACK_NONE_NP

特に性質を指定しない

(Thread StackについてはSee section スタックプロパティ.).

pthread_attr_getstackprop_np

pthread_attr_getstackprop_np() は, attr の スタックプロパティ属性を取得します.

pthread_attr_setsuspended_np

pthread_attr_setsuspended_np() は, attr のサスペンドステー ト属性を設定します. suspendstate は PTHREAD_CREATE_NOT_SUSPENDED_NP か PTHREAD_CREATE_SUSPENDED_NP の値をと ります. PTHREAD_CREATE_SUSPENDED_NP ならば, attr を用いて生成され た全てのスレッドはサスペンド された状態で生成され, pthread_resume_np() が呼ばれるまでブロック します. PTHREAD_CREATE_NOT_SUSPENDED_NP ならば, サスペンドされない状態で 開始されます.

pthread_attr_getsuspended_np

pthread_attr_getsuspended_np() は, attr のサスペンドス テート属性を取得します.

4.1.2 スレッドの生成

#include <pthread.h>

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                   void *(*start_routine)(void *arg), void *arg);

pthread_create() は, プロセス中に attr を属性として, 新た なスレッドを生成します. もし, attr が NULL ならば, デフォルトアト リビュート(See section スレッドアトリビュートオブジェ クト.) が用いられます. attr が後に変更されたとしても, スレッドの 属性には影響を与えません. スレッドの生成に成功すると, pthread_create() は, thread の指す場所に生成したスレッドの IDを返します.

生成されたスレッドは, start_routine から実行され, そのただ一つの引 数は arg です. start_routine からリターンした場合は, 暗黙に start_routine からの返り値を引数として pthread_exit() が呼 ばれます. ただし, 初期スレッドはこれと異なり, main() からリターン すると, 暗黙に main() からの返り値を引数として exit() が呼 ばれます.

もし, pthread_create() が失敗した場合には, thread の指す内 容は不定となります.

生成したスレッドのシグナルの状態に関しては See section シグナルの状態の継承. を参照して下さい.

4.1.3 スレッドの終了の Wait

#include <pthread.h>

int pthread_join(pthread_t thread, void **status);

pthread_join() は, thread が既に終了していない場合, この関 数を呼び出したスレッドの実行を thread が終了するまで停止させます. pthread_join() の呼出しが成功してリターンすると, statusが NULL でない場合, 終了したスレッドが pthread_exit() に渡した値が, status の指す場所に返ります. デタッチされたスレッドに対して pthread_join() を呼び出してはいけません.

thread に自分自身のスレッドを指定した場合, EDEADLK を返します.

4.1.4 スレッドのデタッチ

#include <pthread.h>

int pthread_detach(pthread_t thread);

pthread_detach() は, thread で示されるスレッドが終了し た場合, そのスレッドのための領域を再利用しても良いことを宣言します. もし, thread が終了していなかった場合は, thread が終了 次第, 領域を再利用します.

4.1.5 スレッドの終了

#include <pthread.h>

void pthread_exit(void *status);

pthread_exit() は, この関数を呼び出したスレッドを終了させ, status の値を, join しているスレッドに伝えます. プッシュされている 全ての Cleanup ハンドラはプッシュされた順番と逆順に実行されます. 全ての Cleanup ハンドラが実行された後, スレッドが Thread-Specific データを保持 していた場合, 適当なデストラクタ関数が, 定義されない順序で呼び出されます. スレッドの終了時には, Mutex 等のリソースは自動的には一切開放されませ ん.

初期スレッド以外のスレッドが, 作成する時に用いた start routine からリ ターンする時, 返り値がスレッドの終了ステータスとして用いられます. 初期 スレッドが main() からリターンすると, その返り値を引数として暗 黙に exit() が呼ばれます.

暗黙の, あるいは明示的な pthread_exit() の呼出しによるcleanup ハンドラやデストラクタ関数の実行中に pthread_exit() が呼ばれた 場合の動作は不定です.

最後の未終了のスレッドが pthread_exit() を呼ぶことによってプ ロセスは終了します. このときのプロセスの終了ステータスは, See section スレッドの終了. を参照して下さい.

4.1.6 スレッドのサスペンド

#include <pthread.h>

extern int pthread_suspend_np(pthread_t thread);
extern int pthread_resume_np(pthread_t thread);

pthread_suspend_np

pthread_suspend_np() は, thread をサスペンドするために用 います. (See section スレッドのサスペンドの概要.) 指定した スレッドが既にサスペンドされていた場合, EALREADY を返します.

pthread_resume_np

pthread_resume_np() は, サスペンドされた thread を再開す るために用います. 指定したスレッドがサスペンドされていなかった場合, EALREADY を返します.

スレッドは自分自身をサスペンドしても構いません. この場合, 他のスレッド から pthread_resume_np() を呼び出してもらうことになります.

pthread_mutex_lock(), pthread_cond_wait(), pthread_join(), sleep() 等の呼び出しによってブロックして いるスレッドをサスペンドした場合, サスペンドされたスレッドは, 待ってい るイベントが発生し, かつ pthread_resume_np() が呼ばれるまで実行 を再開することはありません.

サスペンドされているスレッドに, 非同期シグナルが配送されることはありま せん. また, 同期シグナルや pthread_kill() によるシグナルが配送 された場合, pthread_resume_np() が呼ばれるまでシグナルハンドラ の実行は延期されます. (See section シグナルの配送.)

4.1.7 スレッド ID の取得

#include <pthread.h>

pthread_t pthread_self(void);

pthread_self() は, この関数を呼び出したスレッドのIDを返します.

4.1.8 スレッド ID の比較

#include <pthread.h>

int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);

この関数はスレッド ID t1 と t2 を比較し, 同一のスレッド ならば非0, そうでなければ0を返します.

4.1.9 パッケージの動的な初期化

#include <pthread.h>

pthread_once_t once_control = PTHREAD_ONCE_INIT;

int pthread_once(pthread_once_t *once_control, void (*init_routine)());
int pthread_first_np(pthread_once_t *once_control);
void pthread_first_done_np(pthread_once_t *once_control);

これらの関数は, ユーザの指定した関数やブロックを正確に一回だけ呼び出すた めに存在します. たとえ, この呼出しが複数のスレッドから同時に行なわれたり, 複数回呼ばれても, 関数やブロックは一回しか呼ばれません.

プロセスで最初の once_control を伴う pthread_once() の呼出 しは, init_routine を引数無しで呼び出します. それ以降の pthread_once() の呼出しは init_routine を呼び出しません. pthread_once() からのリターンは, init_routine が終了してい ることを保証します. 2回目以降の呼出し時にまだinit_routineが実行中 だった場合, pthread_once() は init_routine が終了するまで ブロックします. once_control パラメータは, 関連したどの初期化ルー チンが呼ばれたかどうかを決定するのに用いられます.

PTHREAD_ONCE_INIT の値は, ‘<pthread.h>’ で定義されます.

もし once_control のストレージクラスが auto か, あるいは初期化され ていない場合の pthread_once() の振る舞いは未定義です.

pthread_first_np() は, 最初の once_control を伴う呼出しでは 非0を返し, それ以降の呼出しでは0を返します. ユーザが関数内の一回だけ実行 したい初期化ブロックは, pthread_first_np() が1を返した時に実行す れば良いことになります. この際, 初期化ブロックが終了したことを示すため, 初期化ブロックの最後で pthread_first_done_np() を, pthread_first_np() と同一の引数で実行する必要があります.

4.1.10 スレッドに対するネーミング

スレッドに名前を与えることができます. 名前は, ユニークで無くても構いませ ん. ライブラリでは, SIGSEGV 等が発生して停止する際に, 実行中のスレッドに 名前が与えられていれば, その名前を表示します.

#include <pthread.h>

int pthread_setname_np(pthread_t thread, const char *name);
int pthread_getname_np(pthread_t thread, char **name);

pthread_setname_np

pthread_setname_np() は, thread に名前として name を割り当てます. name は内部でヒープ領域にコピーされるため, name の領域は pthread_setname_np() の呼出しの後に開放し ても構いません.

pthread_getname_np

pthread_getname_np() は, name に thread の名前へのポ インタを格納します. nameは thread が exitして, detach される まで有効な名前を指しています.

4.1.11 スタックキャッシュ

#include <pthread.h>

int pthread_alloc_stack_cache_np(pthread_attr_t *attr, int nstack);

この関数は, スレッドアトリビュートオブジェクト attr で指定される スタックを nstack 個確保し, 確保できたスタックの数を返します. attr 中でスタックプロパティ属性と, スタックサイズ属性のみが参照 されます. 確保したスタックはスタックキャッシュに蓄えられ, 以降の pthread_create() によるスレッドの生成の際に利用されます.

4.2 同期のための関数

4.2.1 Mutex アトリビュートオブジェクト

#include <pthread.h>

int pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *attr);
int pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t *attr);
int pthread_mutexattr_getpshared(const pthread_mutexattr_t *attr,
                                 int *pshared);   
int pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *attr,
                                 int pshared);
int pthread_mutexattr_getprotocol(pthread_mutexattr_t attr);
int pthread_mutexattr_setprotocol(pthread_mutexattr_t *attr,
                                  int protocol);
int pthread_mutexattr_getprioceiling(pthread_mutexattr_t attr);
int pthread_mutexattr_setprioceiling(pthread_mutexattr_t *attr);

pthread_mutexattr_init

pthread_mutexattr_init は, Mutex アトリビュートオブジェクトを生 成, 初期化します. Mutex アトリビュートオブジェクトの初期値については, See section Mutex アトリビュートオブジェクト. を参照 してください.

pthread_mutexattr_destroy

pthread_mutexattr_destroyは, Mutex アトリビュートオブジェクトを 破棄します.

pthread_mutexattr_getpshared

PTLではサポートしていません.

pthread_mutexattr_setpshared

PTLではサポートしていません.

pthread_mutexattr_getprotocol

pthread_mutexattr_getprotocol() は attr の Mutex プ ロトコル (See section プライオリティの逆転の回避.) を取得します.

pthread_mutexattr_setprotocol

pthread_mutexattr_setprotocol() は attr に Mutex プ ロトコルを設定します.

pthread_mutexattr_getprioceiling

pthread_mutexattr_getprioceiling() は attr の Mutex のシー リングを取得します.

pthread_mutexattr_setprioceiling

pthread_mutexattr_setprioceiling() は attr にシーリング を設定します.

PTLでは, 現在のところ PTHREAD_PRIO_PROTECT プロトコルをサポートしていま せんが, シーリングの設定, 取得だけは可能です.

4.2.2 Mutex の初期化と破棄

#include <pthread.h>

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, pthread_mutexattr_t *attr);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

pthread_mutex_init

pthread_mutex_init() は, attr で指定された Mutex アトリビュート オブジェクトを用いてmutex で示される Mutex を初期化します. attr が NULL ならば, デフォルトの Mutex アトリビュートオブジェク ト(See section Mutex アトリビュートオブジェクト.)が用 いられます.

pthread_mutex_init() が失敗した場合, Mutex は初期化されず, mutex の内容は不定になります.

pthread_mutex_destroy

pthread_mutex_destroy() は, mutex で指定された Mutex を破 棄します. ロックされた Mutex を破棄したり, 他のスレッドがブロックして いる Mutex を破棄した場合の動作は未定義です.

PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER

デフォルトの Mutex アトリビュートを使用する場合, PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER マクロを使用して, 静的に確保した Mutex を初期 化することができます.

4.2.3 Mutexのロックとアンロック

#include <pthread.h>

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

pthread_mutex_lock

pthread_mutex_lock() によって mutex で示さ れる Mutex をロックすることが出来ます(See section Mutex のロック.) もし, Mutex が既に他のスレッドによってロック されていた場合, pthread_mutex_lock() を呼び出したスレッドは Mutex が再びロックできるようになるまでブロックされます.

pthread_mutex_lock が成功すると, mutexで示される Mutex を, ロックした状態でリターンします.

呼びだしスレッドが既にロックしている Mutex を再びロックしようとした場 合, EDEADLK を返します.

pthread_mutex_trylock

pthread_mutex_trylock() は mutex によって示される Mutex が ロックされていた場合に直ちに EBUSY を返すことを除いて, pthread_mutex_lock() と同じです.

pthread_mutex_unlock

pthread_mutex_unlock() は, mutex によって示される Mutex をアンロックするために用います.

pthread_mutex_unlock() が Mutex をロックしていないスレッドから呼ば れた場合, あるいは, Mutex がロックされていない場合は EPERM を返します.

Mutex を待ってブロックしているスレッドが複数存在した場合, もっとも高い プライオリティのスレッドが Mutex をロックします.

4.2.4 Mutexのプライオリティシーリングの変更

PTLでは, 現在 PTHREAD_PRIO_PROTECT プロトコルをサポートしていませんが, シーリングの設定, 取得だけは可能です.

#include <pthread.h>

int pthread_mutex_getprioceiling(pthread_mutex_t mutex,
                                 int *prio_ceiling);
int pthread_mutex_setprioceiling(pthread_mutex_t mutex,
                                 int prio_ceiling);

pthread_mutex_getprioceiling

pthread_mutex_getprioceiling() は Mutex のシーリングを *prio_ceiling に返します.

pthread_mutex_setprioceiling

pthread_mutex_setprioceiling() は, Mutex をロックし, Mutex の シーリングを変更し, Mutex を開放します.

もし, pthread_mutex_setprioceiling() が失敗した場合, Mutex の シーリングは変更されません.

4.2.5 Mutex に対するネーミング

Mutex に名前を与えることができます. 名前は, ユニークで無くても構いませ ん. ライブラリでは, スレッドが終了する際に, Mutex がアンロックされてい ないと, Mutex の名前を表示して警告を発します.

#include <pthread.h>

int pthread_mutex_setname_np(pthread_mutex_t mutex,
                             const char *name);
int pthread_mutex_getname_np(pthread_mutex_t mutex, char **name);

pthread_mutex_setname_np

pthread_mutex_setname_np() は, mutex に名前として name を割り当てます. name は内部でヒープ領域にコピーされる ため, name の領域は pthread_mutex_setname_np() の呼出し の後に開放しても構いません.

pthread_mutex_getname_np

pthread_mutex_getname_np() は, name に mutex の名前へ のポインタを取得します. name は, mutex が破棄されるまで有効 な名前を指しています.

4.2.6 Mutex で Wait 中のスレッドの数

#include <pthread.h>

int pthread_mutex_waiters_np(pthread_mutex_t mutex);

この関数は, mutex でブロックしているスレッドの数を返します. この 返り値は, mutex がロックされている時のみ信頼できます.

4.2.7 Condition アトリビュートオブジェクトの操作

#include <pthread.h>

int pthread_condattr_init(pthread_condattr_t *attr);
int pthread_condattr_destroy(pthread_condattr_t *attr);
int pthread_condattr_getpshared(pthread_condattr_t *attr,
                                int *pshared);
int pthread_condattr_setpshared(pthread_condattr_t *attr,
                                int pshared);

pthread_condattr_init

pthread_condattr_init() は, Condition アトリビュートオブジェク ト attr を初期化します(See section Condition アトリビュートオブジェクト.).

pthread_condattr_init() が失敗した場合, attr の内容は不 定となります.

Condition アトリビュートオブジェクトを変更, 破棄しても, それは既に作ら れた Condition Variable に影響を与えません.

pthread_condattr_destroy

pthread_condattr_destroy() は, Conditionアトリビュートオブジェク トを破棄します.

pthread_condattr_getpshared

この関数は, PTLではサポートしていません.

pthread_condattr_setpshared

この関数は, PTLではサポートしていません.

4.2.8 Condition の初期化と破棄

#include <pthread.h>

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond,
                      const pthread_condattr_t *attr);
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

pthread_cond_init

pthread_cond_init() は, attr で指定された Condition アト リビュートオブジェクトを用いて cond で示される Condition Variable を初期化します.

attr が NULL ならば, デフォルトの Condition アトリビュート (See section Condition アトリビュートオブジェクト.)が用いられます.

pthread_cond_init() が失敗した場合, Condition Variable は初期化 されず, cond の内容は不定になります.

pthread_cond_destroy

pthread_cond_destroy()は, Condition Variable を破棄します. 他のスレッドがブロックしている Condition Variable を破棄した場合の動作 は未定義です.

PTHREAD_COND_INITIALIZER

デフォルトの Condition アトリビュートを使用する場合, PTHREAD_COND_INITIALIZER マクロを使用して, 静的に確保した Condition Variable を初期化することができます.

4.2.9 Conditionのブロードキャストとシグナル

#include <pthread.h>

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

これらの関数は, Condition Variable でブロックしているスレッドをアンブロッ クします.

pthread_cond_signal

pthread_cond_signal() は, 指定した cond でブロックして いるスレッドを一つアンブロックします. 複数のスレッドが Condition Variable でブロックしていた場合, もっとも高いプライオリティのスレッド がアンブロックされます.

pthread_cond_broadcast

pthread_cond_broadcast() は, 指定した cond でブロックして いるスレッドを全てアンブロックします.

これらの関数によって, Condition Variable でのブロックから開放されるス レッドは, pthread_cond_wait() や pthread_cond_timedwait() からリターンする前に, 関連した Mutex をロックします. (See section Condition Variable での Wait.)

pthread_cond_signal() と pthread_cond_broadcast() は, cond でブロックしているスレッドが存在しなけば何の効果もありませ ん.

4.2.10 Condition での Wait

#include <pthread.h>

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond,
                      pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond,
                           pthread_mutex_t *mutex,
                           const struct timespec *abstime);

pthread_cond_wait() と pthread_cond_timedwait() は, Condition Variableでブロックするために用いられます. これらは呼びだしス レッドが mutex をロックした状態で呼び出さなければなりません. さ もなくば未定義の動作を引き起こします. これらの関数は mutex をア ンロックし, 呼び出しスレッドを Condition Variable code でブロッ クさせます. これらの関数からリターンした際には, Mutexは呼び出しスレッ ドによってロックされた状態となっています.

pthread_cond_timedwait() は, cond がシグナルされる前に abstime によって指定される絶対時刻が過ぎた場合にエラーでリターン する(Mutexは再びロックされます)ことを除いて, pthread_cond_wait() と同一です.

4.2.11 Condition に対するネーミング

Condition Variable に名前を与えることができます. 名前は, ユニークで無 くても構いません.

#include <pthread.h>

int pthread_cond_setname_np(pthread_cond_t cond, const char *name);
int pthread_cond_getname_np(pthread_cond_t cond, char **name);

pthread_cond_setname_np

pthread_cond_setname_np() は, cond に名前として name を割り当てます. name は内部でヒープ領域にコピーされる ため, name の領域は pthread_cond_setname_np() の呼出しの 後に開放しても構いません.

pthread_cond_getname_np

pthread_cond_getname_np() は, name に cond の名前への ポインタを取得します. name は, cond が破棄されるまで有効な名 前を指しています.

#include <pthread.h>

int pthread_cond_waiters_np(pthread_cond_t cond);

この関数は, cond でブロックしているスレッドの数を返します. 返さ れる値には, 「Condition でのブロックからは開放されているが, 引き続く Mutex のロックでブロックしているスレッド」の数は含まれません. この値は, 関連する Mutex がロックされている場合のみ信頼できます.

4.3 Thread-Specific データのための関数

4.3.1 Thread-Specific データキーの管理

#include <pthread.h>

int pthread_key_create(pthread_key_t *key,
                       void (*destructor)(void *value));
int pthread_key_delete(pthread_key_t *key);

pthread_key_create

この関数は, プロセス中の全てのスレッドで共有される キー を作りま す. pthread_key_create() によって返されるキーは, Thread-Specific データを指定するために使われます. 異なったスレッドによっ て同じ キー の値が使われたとしても, pthread_setspecific() による キー に対応した値はスレッド毎に管理され, 呼びだしスレッド が存在しなくなるまで存在します. (See section Thread-Specific データの概要.)

キー が作成された時, 全ての既存のスレッドのキーに対応した値は NULL で初期化されます. また, 新たにスレッドが生成された場合は, いまま でに定義されたキーに対応した値は NULL に初期化されます.

複数のスレッドによる, 同一の key を指定した pthread_key_create() の並行した呼出しの結果は未定義です.

それぞれのキーに対応して, オプショナルなデストラクタ関数を結び 付けることが出来ます. スレッドが終了する際, キー がNULLでないデ ストラクタポインタを持っていて, スレッドの キー に対応する値が NULLでない場合, その値を引数としてデストラクタ関数が呼ばれます. スレッ ドが終了する際に複数のデストラクタが存在した場合, デストラクタの呼ば れる順序は不定です.

pthread_key_delete

この関数は, キーを削除します. デストラクタは呼び出しません. 既に設定され た Thread-Specific データは, アプリケーション側で開放する必要があります. この関数の呼び出し以降, pthread_getspecific や pthread_setspecific を呼び出した結果は未定義です.

4.3.2 Thread-Specific データの管理

#include <pthread.h>

int pthread_setspecific(pthread_key_t key, const void *value);
void *pthread_getspecific(pthread_key_t key);

pthread_setspecific

pthread_setspecific() は, pthread_key_create() を用いて 得られた key に対して Thread-Specific データ, valueを対応 させます. 異なったスレッドが同一のキーに異なった値を結び付けることが出 来ます. これらの値は典型的には, 呼びだしスレッドが用いるために動的に確 保したメモリブロックへのポインタです.

pthread_setspecific

pthread_getspecific() は, 呼びだしスレッドの指定した key に対応する値を返します.

Thread-Specificデータのデストラクタからのpthread_setspecific() や pthread_getspecific() の呼出しの結果は未定義です.

これらの関数は, マクロとして実装される可能性があります. (PTLでは関数として実装しています)

4.4 スケジューリングのための関数

4.4.1 スケジューリング属性の設定

#include <pthread.h>

int pthread_attr_setscope(pthread_attr_t *attr, int contentionscope);
int pthread_attr_getscope(pthread_attr_t *attr, int *contentionscope);
int pthread_attr_setinheritsched(pthread_attr_t *attr, int inherit);
int pthread_attr_getinheritsched(pthread_attr_t *attr, int *inherit);
int pthread_attr_setschedpolicy(pthread_attr_t *attr, int policy);
int pthread_attr_getschedpolicy(pthread_attr_t *attr, int *policy));
int pthread_attr_setschedparam(pthread_attr_t *attr,
                               const struct sched_param *param);
int pthread_attr_getschedparam(pthread_attr_t *attr,
                               struct sched_param *param);

pthread_attr_setscope

pthread_attr_getscope

これらの関数は, attr の コンテンションスコープ属性 を設定, 取得します(See section コンテンションスコープ.). contentionscope が PTHREAD_SCOPE_SYSTEM ならば, グローバルなコンテ ンションスコープ, PTHREAD_SCOPE_PROCESS ならばローカルなコンテンションスコー プです.

PTHREAD_SCOPE_SYSTEM, PTHREAD_SCOPE_PROCESS は, ‘<pthread.h>’で定義 されます.

PTLではコンテンションスコープは設定, 取得できますが, 何の意味も持ちませ ん.

pthread_attr_setinheritsched

pthread_attr_getinheritsched

これらの関数は, attrのinheritsched属性を設定, 取得します (See section Inherit スケジューリング.).

pthread_attr_setschedparam

pthread_attr_getschedparam

これらの関数は, attrの スケジューリングプライオリティ属性を 設定, 取得します(See section スケジューリングプ ライオリティ.).

pthread_create() によってアトリビュートオブジェクトが使用され る際, inheritsched 属性が, 生成されるスレッドのその他のスケジュー リング属性を決定するために用いられます.

PTHREAD_INHERIT_SCHED

スケジューラや, 関連する属性が, スレッドを生成するスレッドから引き継がれます

PTHREAD_EXPLICIT_SCHED

スケジューラや, 関連する属性が, アトリビュートオブジェクトの対応する値か ら設定されます

PTHREAD_INHERIT_SCHED, PTHREAD_EXPLICIT_SCHED は, ‘<pthread.h>’ で定義されます.

pthread_attr_setschedpolicy

pthread_attr_getschedpolicy

pthread_attr_setschedpolicy), pthread_attr_getschedpolicy() は, attr のスケジューリングポリシーを設定, 取得します.

スケジューリングポリシー属性はスレッドのスケジューリングポリシー を決定します. ポリシーとして, ‘<pthread.h>’ で定義される SCHED_FIFO, SCHED_RR, SCHED_OTHER のいずれかを選ぶ ことができます. policy の値の意味に関しては, See section スケジューリングポリシー. を参照して下さい.

4.4.2 動的なスケジューリング属性の変更

#include <pthread.h>

int pthread_getschedparam(pthread_t thread, int *policy,
                          struct sched_param *param);
int pthread_setschedparam(pthread_t thread, int policy,
                          const struct sched_param param);

pthread_getschedparam

pthread_setschedparam

pthread_getschedparam() は thread によって与えられるスレッ ド ID を持つスレッドのスケジューリングポリシーと, スケジューリングプラ イオリティを policy, param に格納します.

pthread_setschedparam() は thread によって与えられるスレッ ド ID を持つスレッドのスケジューリングポリシーと, スケジューリングプラ イオリティを policy, param のポリシーとプライオリティに設定 します. この関数は, 既存のスレッドのスケジューリングポリシー, プライオリ ティを再設定する唯一の手段です.

pthread_setschedparam() が失敗した場合, thread のどのスケジュー リング属性も変更されません.

4.4.3 CPU の明渡し

void sched_yield();

sched_yield() は, 呼びだしスレッドの CPU を明け渡させます. す なわち, この関数を呼び出したスレッドの実行は再びスケジュールされるま で停止します.

この関数は, 走行可能な最も高い優先度のスレッドへコンテキストスイッチを 行ないます.

4.4.4 スケジューリングパラメータの範囲

#include <pthread.h>

int sched_get_priority_max(int policy);
int sched_get_priority_min(int policy);
int sched_rr_get_interval(pid_t pid, struct timespec *interval);

sched_get_priority_max

sched_get_priority_min

これらの関数は, スレッドのスケジューリングポリシー毎のプライオリティの 最大値, 最小値を得るために使用します.

sched_rr_get_interval

この関数は, SCHED_RR でのタイムスライスを取得します. PTL では, pid は無視されます.

4.5 プロセスコントロールのための関数

4.5.1 プロセスの生成

#include <sys/types.h>

pid_t fork(void);

プロセスは, 常に単一のスレッドを持つように生成されます. 複数のスレッド を持つプロセスが fork() を呼び出すと, 新たなプロセスは呼びだし スレッドと完全なアドレス空間の複製を持ちます(もしかすると, Mutexやその 他のリソースの状態をも含みます). 従ってエラーを避けるためには, 子プロ セスは exec 関数の一つが呼ばれるまで, 安全な操作だけを実行すべ きです. 安全な操作に関しては, POSIX.1 3.3.1.3 Signal Action 参 照.

PTLでは, 現在 fork() に関しては何も処理していません. 全てのスレッ ドが子プロセスに引き継がれます.

4.5.2 ファイルの実行

int execl(char *path, char *arg0, char *arg1, ...,
          char *argn, (char *)0);
int execv(char *path, char *argv[]);
int execle(char *path, char *arg0, char *arg1, ...,
           char *argn, (char *)0, char *envp[]);
int execlp(char *file, char *arg0, char *arg1, ...,
           char *argn, (char *)0);
int execvp(char *file, char *argv[]);

exec 関数は単一のスレッドを持つプロセスから呼び出すと, POSIX.1 で 定義されたように働きます. 複数のスレッドを持つプロセスから呼び出すと, 全てのスレッドが終了し, 新たな実行ファイルが POSIX.1 のようにロードさ れます.

PTLでは, これらの関数については何も処理していませんが, 既存の関数で問題 ないと思われます.

4.5.3 プロセスの終了

void _exit(int status);

スレッドが _exit() を呼び出すと, プロセス全体が終了します. さらに, プロセス中の全てのスレッドも終了します. このことはどんな理由によるプロセ スの終了に関しても起こります. さらに, _exit() の呼出しによって終 了するスレッドは Cleanup ハンドラ (See section スレッド Cleanup.) を実行しません. また, Thread-Specific データのデストラクタも 実行しません. (See section Thread-Specific データの概要.)

PTLでは, これらの関数については何も処理していませんが, 既存のシステムコー ルで問題ないと思われます.

4.5.4 プロセスの終了待ち

int wait(int *stat_loc);
int waitpid(pid_t *pid, int *stat_loc, int options);

wait() と waitpid() は, 呼びだしスレッドのみをブロックさ せることを除いて POSIX.1 と同様に働きます.

PTLでは, これらの関数については何も処理していません. プロセス全体がブロッ クされます.

4.5.5 プロセスの終了ステータスの設定

#include <pthread.h>

int pthread_set_exit_status_np(int status);

この関数は, 全てのスレッドが終了した時のプロセスの終了ステータスを設定し ます. この関数が呼ばれなかった場合の終了ステータスは 0 です.

この関数によって設定された終了ステータスは, exit() の呼び出しによ る終了ステータスには影響しません.

返り値は, 以前にこの関数によって設定されていたプロセスの終了ステータスの 値です. 初めての呼び出しのときには 0 が返ります.

4.6 シグナルのための関数

4.6.1 非同期シグナルの Wait

#include <signal.h>

int sigwait(sigset_t *set, int *sig);

この関数は, set からペンディングされたシグナルを選び, そのシグナル を不可分にペンディングシグナル集合からクリアし, そのシグナルの番号を sigに返します. もし, 呼びだし時に set 中のシグナルがペンディ ングされていなかった場合, スレッドはシグナルの少なくとも一つが配送される までブロックされます. set 中のシグナルは, sigwait() の呼び だし時にブロックされます.

複数のスレッドが同一のシグナルを Wait するために sigwait() を用い ている時にシグナルが到着すると, ただ一つのスレッドが sigwait() か らリターンします. どのスレッドが sigwait() からリターンするかどう かは不定です.

sigwait() はCancellation Pointです. (See section キャンセルポイント.)

シグナルを sigwait() で待ちたい場合, シグ ナルアクションをSIG_SIGWAIT_NP に設定することをお勧めしま す. (See section シグナルの配送.) これはシグナルによって, sigwait() がリターンし, スレッドが処理をしている間に, 次のシグナ ルが配送された場合の混乱を避けることが出来ます.

SIGINT と SIGQUIT を待つコード

int sig;
sigset_t set;
sigemptyset(&set);
sigaddset(&set, SIGINT);
sigaddset(&set, SIGQUIT);
signal(SIGINT, SIG_SIGWAIT_NP);
signal(SIGQUIT, SIG_SIGWAIT_NP);
while (1) {
  sigwait(&set, &sig);
  switch (sig) {
    case SIGINT:
      /* Process SIGINT */
      break;
    case SIGQUIT:
      /* Process SIGQUIT */
      break;
  }
}

4.6.2 シグナルの状態の取得と変更

#include <signal.h>

int sigaction(int sig, struct sigaction *act,
              struct sigaction *oact);
int pthread_sigmask(int how, sigset_t *set, sigset_t *oset);
int sigsuspend(sigset_t *mask);
int sigpending(sigset_t *set);
int pause(void);

sigaction

sigaction() は, シグナルを受け取った際のアクションを設定する ために用いられます. sigaction() によって指定されるシグナルハ ンドラ, 追加のシグナルマスク, フラグはプロセス中の全てのスレッドで共 有されます.

同一のシグナルに対して sigaction() と sigwait() を並行に 用いる場合, sigwait() が優先します.

pthread_sigmask

pthread_sigmask() は呼びだしスレッドのシグナルマスクを設定, 取得 します.

sigsuspend

sigsuspend() は set 中のシグナルの一つがスレッドへ非同 期に配送されるまで, 呼びだしスレッドだけをブロックすることを除いて, POSIX.1 の定義と同一です.

sigpending

sigpending() は, スレッドでペンディングされているシグナルと, プロセスでペンディングされているシグナルとの和を返すことを除いて, POSIX.1 の定義と同一です.

pause

pause() は, シグナルが配送され, シグナル捕捉関数が実行される まで, 呼びだしスレッドをブロックさせます.

4.6.3 シグナルマスクの操作

#include <signal.h>

int sigemptyset(sigset_t *set);
int sigfillset(sigset_t *set);
int sigaddset(sigset_t *set , int sig);
int sigdelset(sigset_t *set, int sig);
int sigismember(sigset_t *set, int sig);

これらの関数は, シグナルマスクを操作します. これらの関数は sigset_t 型の変数を操作するだけで, スレッドのシグナルマスクに は影響を与えません.

sigemptyset

sigemptyset() は set で指定されたシグナルマスク中の全ての シグナルを0に初期化します.

sigfillset

sigfillset() は set で指定されたシグナルマスク中の全ての シグナルを1に初期化します.

sigaddset

sigaddset() は set で指定されたシグナルマスクに sig で指定したシグナルを追加します.

sigdelset

sigdelset() は set で指定されたシグナルマスクから sig で指定したシグナルを削除します.

sigismember

sigismember() は set で指定されたシグナルマスク中に sig で指定したシグナルがメンバに存在するかを返します.

4.6.4 大域ジャンプ

#include <setjmp.h>

void longjmp(jmp_buf env,int val);
void siglongjmp(sigjmp_buf env, int val);
void setjmp(jmp_buf env);
void sigsetjmp(sigjmp_buf env, int savemask);

longjmp(), siglongjmp() はそれぞれ setjmp(), sigsetjmp() によって初期化された環境へとジャンプします. jmp_buf, sigjmp_buf が呼びだしスレッドによって初期化され なかった場合の動作は未定義です.

スレッド間での longjmp(), siglongjmp() はできません (longjmperror() が呼ばれます)

setjmp() および savemask が非0の sigsetjmp は, 呼び だし時にスレッドのシグナルマスクを保存し, 対応する longjmp(), siglongjmp() によってシグナルマスクを復帰させます.

setjmp() および siglongjmp() は, setjmp() あるい は sigsetjmp() を発行してから後にプッシュされた Cleanup ハンド ラを全て実行します.

4.6.5 アラーム

unsigned int pthread_alarm_np(unsigned int second);

pthread_alarm_np() を呼び出すことによって, SIGALRM シグナルが, pthread_alarm_np() を呼び出したスレッドに非同期に配送されます.

POSIX では, alarm() はスレッドにではなく, プロセスに SIGALRM を送ること になっていますが, PTL ではまだ実装していません.

4.6.6 スレッドの実行の遅延

unsigned int sleep(unsigned int second);
int nanosleep(const struct timespec *sleep, struct timespec *remain);
void usleep(unsigned int usecond);

sleep

sleep() は second で指定した実時間での秒数が経過するか, 呼 びだしスレッドにシグナルが配送されるまで, 呼びだしスレッドをブロックさせ ます. 返り値は second の残り時間で, シグナルで割り込まれない限りは 0です.

nanosleep

nanosleep() は, ナノセコンド単位で時間を指定できることを除いて, sleep() と同一です(ただし, 精度は実装に依存します.). sleep で指定した実時間での時間が経過するか, 呼びだしスレッドにシ グナルが配送されるまで, 呼びだしスレッドをブロックさせます. remain がNULLでなければ, remain の指す場所には sleep の残り時間が格納されます.

usleep

usleep() は, 互換性のために用意されています. 引数で指定した時 間(単位はマイクロ秒), 呼びだしスレッドはブロックします. ブロック中にシグ ナルが配送された場合でも, スリープは継続されます.

usleep は POSIX 規格ではありません.

4.6.7 シグナルの送信

int raise(int sig);

raise() はプログラムから明示的にシグナルを生成するために用い ます. この関数の効果は, pthread_kill(pthread_self(), sig) と 同一です.

4.6.8 スレッドへのシグナルの送信

#include <signal.h>

int pthread_kill(pthread_t thread, int sig);

pthread_kill() は, 指定したスレッドへ非同期にシグナルを送る ために用います.

kill() と同じように, エラーチェックのために sig として0 を与えることが出来ます. この場合シグナルは実際には送られません.

4.7 キャンセルのための関数

4.7.1 スレッドのキャンセル

#include <pthread.h>

int pthread_cancel(pthread_t thread);

pthread_cancel() は, thread のキャンセルを要求します.

4.7.2 Cancelability State の設定

#include <pthread.h>

int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate);
int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype);

pthread_setcancelstate

pthread_setcancelstate() は呼びだしスレッドのキャンセル許可フラグ をstate に設定し, 以前のキャンセル許可フラグをoldstateに返し ます.

state は PTHREAD_CANCEL_ENABLE, PTHREAD_CANCEL_DISABLE のいずれかで す. PTHREAD_CANCEL_ENABLE の時は state を設定した後, pthread_setcancelstate() はキャンセルポイントになります.

pthread_setcanceltype

pthread_setcanceltype() は呼びだしスレッドの キャンセルタイプを type に設定し, 以前のキャンセルタイプをoldtypeに返しま す. type はPTHREAD_CANCEL_DEFERRED, PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS のいずれかです.

4.7.3 キャンセルのテスト

#include <pthread.h>

void pthread_testcancel(void);

pthread_testcancel

pthread_testcancel() は呼びだしスレッドにキャンセルポイントを作りま す. スレッドがこの関数を実行する前に, キャンセル要求がなされていて, キャ ンセル許可フラグが PTHREAD_CANCEL_ENABLE の場合, キャンセルが実行されま す. pthread_testcancel() は, キャンセル許可フラグが PTHREAD_CANCEL_DISABLE の場合は, なんの効果もありません.

4.7.4 Cleanup ハンドラの設定

#include <pthread.h>

void pthread_cleanup_push(void (*routine)(void *arg), void *arg);
void pthread_cleanup_pop(int execute);
void pthread_cleanup_push_f_np(void (*routine)(void *arg), void *arg);
void pthread_cleanup_pop_f_np(int execute);

pthread_cleanup_push

pthread_cleanup_push() は routine を呼び出しスレッドの cleanup スタックに push します. Cleanup ルーチンは以下の場合にスタック から pop され, 実行されます.

• スレッドが exit する (pthread_exit() の呼びだし)
• スレッドがキャンセルされる.
• スレッドが pthread_cleanup_pop() を 0 でない引数で呼び出 す

pthread_cleanup_pop

pthread_cleanup_pop() は, 呼びだしスレッドの cleanup スタックの トップからルーチンを削除します. execute が 0 でない場合は, 削除 するルーチンを実行します.

pthread_cleanup_push_f_np

pthread_cleanup_push() の関数版です.

pthread_cleanup_pop_f_np

pthread_cleanup_pop() の関数版です.

pthread_cleanup_push(), pthread_cleanup_pop() は高速化のた めマクロとして実装されています. このため, これらの関数は同一の lexical scope でペアとなって現れなければなりません (つまり, pthread_cleanup_push() は最初の文字が ‘{’ で始まる文字列を導き, pthread_cleanup_pop() は最後の文字が ‘}’ で終わる文字列を導くと いうことです). この制限がネックとなる場合には, 関数版の pthread_cleanup_push_f_np(), pthread_cleanup_pop_f_np() を 利用して下さい.

pthread_cleanup_push() でプッシュした Cleanup ハンドラを pthread_cleanlup_pop_f_np() でポップすることは構いません. (こ の場合でも, 対応する lexical scope に pthread_cleanup_pop() が存 在しなければなりません.)

マッチしない pthread_cleanup_push() (あるいは pthread_cleanup_push_f_np()) と pthread_cleanup_pop() (あ るいは pthread_cleanup_pop_f_np()) がマッチしていない時の longjmp(), siglongjmp() の呼出しの結果は, 未定義です. Cleanup ハンドラからの longjmp(), siglongjmp() の呼出しの 結果も未定義です.

4.8 ログのための関数

#include <pthread.h>

extern int pthread_log_np(const char *format, ...);

(この機能は現在メンテナンスされていません)

この関数を用いて, ログファイル(See section ログ機能について.)に, 任意の文字 列を出力することが可能です. format は, printf 形式のフォーマット 文字列で, 後に任意個数の引数が続きます.

4.9 リエントラント関数

この章では, リエントラント化された関数について述べます.

4.9.1 時間・時刻関数

#include <time.h>

struct tm *localtime_r(const time_t *clock, struct tm *result);
struct tm *gmtime_r(const time_t *clock, struct tm *result);
char *asctime_r(const struct tm *tm, char *buf, int buflen);
char *ctime_r(const time_t *clock, char *buf, int buflen);

これらの関数は, localtime(), gmtime(), asctime(), ctime() のスレッド対応版です. 引数のポインタの指す領域に返るよう に変更されています.

asctime_r(), ctime_r() は, 引数で指定したバッファのサイ ズが不足していると, errno = ERANGE としてヌルポインタを返します.

4.9.2 文字列関数

#include <string.h>

char *strtok_r(char *s, const char *sep, char **lasts);

strtok() のスレッド対応版です.

最初の呼び出しでは, s にヌル文字で終了する文字列, sep にヌ ル文字で終了するセパレータ文字の文字列, lasts に char へのポイン タのアドレスを渡します. strtok_r() は文字列 s 中の最初の トークンへのポインタを返します. その際, トークンの直後にヌル文字を置き, lasts の指すポインタをそのヌル文字の直後を指すように更新します.

以降の呼び出しでは, s にはヌルポインタを渡し, lasts は変更 されていてはなりません. strtok_r() は, 呼び出すごとに次のトーク ンを返します. トークンが無くなるとヌルポインタが返ります.

4.9.3 ヒープメモリ操作関数

PTLでは, 以下のヒープメモリ操作関数は, 内部で逐次的に実行され るようになっているため, スレッドから安全に呼ぶことが出来ます.

extern void *malloc(size_t size);
extern void *realloc(void *ptr, size_t size);
extern void *calloc(size_t nelem, size_t elmsize);
extern void free(void *ptr);

4.9.4 標準入出力ライブラリ(stdio)

PTLでは, 以下の標準入出力ライブラリの関数群をスレッド対応にして います. これらの関数を実行中は, 指定したストリーム(FILE*)に対応す るデスクリプタが Mutex を用いてロックされます.

#include <stdio.h>

fclose	fdopen	fflush	fgetc	fgets	fopen	fprintf	fputc	fputs
fread	freopen	fscanf	fseek	ftell	fwrite	getc	getchar	gets
getw	printf	putc	putchar	puts	putw	rewind	scanf	setbuf
setbuffer	setlinebuf	setvbuf	sprintf	sscanf	ungetc	vfprintf
vprintf

さらに, 以下の関数が追加されています.

#include <stdio.h>

void flockfile(FILE *file);
void funlockfile(FILE *file);
int getc_unlocked(FILE *file);
int getchar_unlocked();
int putc_unlocked(char c, FILE *file);
int putchar_unlocked(char c);

flockfile() は, ファイル構造体 file をロックし, 呼び出し スレッドが独占的に使えるようにします. funlockfile() はロックを 解除します. このロックは, ネストしていても構いません. つまり, 複数回 flockfile() を呼び出し, 同じ数だけ funlockfile() を呼び 出した場合, 最後の funlockfile() の呼び出しの時にロックが解除さ れます.

getc_unlocked(), getchar_unlocked(), putc_unlocked(), putchar_unlocked() は, ロックされたファ イル構造体に対して働きます. これらは, _unlocked の付かないバー ジョンに比べて, 高速に動作します. (マクロとして実装されています).

4.9.5 テンポラリファイルの作成

#include <stdio.h>

char *mktemp(char *template);
int mkstemp(char *template);
char *tmpnam(char *s);
char *tempnam(const char *dir, const char *prefix);
FILE *tmpfile();

これらはテンポラリファイルを扱うための関数です. 複数のスレッドがこれらの 関数を並行に呼び出しても, 比較的安全にテンポラリファイルを得ることが出来 ます.

詳細は, UNIX のオンラインマニュアルを参照してください.

これらの関数のうち, ファイル名を得るもの (mktemp(), tmpnam(), tempnam()) は安全ではありません. これらの関数は 同一プロセス内ではユニークなファイル名を生成しますが, ファイル名の生成と, そのファイルの create の間にタイムラグがあるため, 他のプロセスによってそ のファイル名が使用される可能性があります. これらの関数は, 自分自身のプロ セスID をファイル名に埋め込むので, このような可能性はほとんど無いと思わ れますが, 新しいアプリケーションでは, mkstemp(), tmpfile() の使用をお勧めします.

4.10 入出力のための関数

PTLでは, 特定のスレッドのI/O 操作によってプロセス全体がブロックしないよ うに, 代替の I/O 関数を用意しています. これらの関数では, I/O 操作が直ち に終わらない場合, 呼びだしスレッドのみがブロックします.

これは, PTL 内部で UNIX の非ブロックIOを用いることによって実現されてい ます. 現在のところ, ユーザが fcntl() を用いて非ブロックフラグ (FNDELAY) を設定しても, 無視されます.

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int	accept(int fd, struct sockaddr *addr, int *addrlen);
int	connect(int fd, struct sockaddr *name, int *namelen);
ssize_t read(int fd, char *buf, int nbytes);
ssize_t readv(int fd, struct iovec* iov, int iovcnt);
ssize_t write(int fd, char *buf, int nbytes);
ssize_t writev(int fd, struct iovec* iov, int iovcnt);
ssize_t send(int fd, char *msg, int len, int flags);
ssize_t recv(int fd, char *buf, int len, int flags);
ssize_t recvfrom(int fd, char *buf, int len, int flags,
                 struct sockaddr *from, int *fromlen);
ssize_t recvmsg(int fd, struct msghdr *msg, int flags);

write(), writev(), read(), readv() は, 不 可分に実行される保証はありません. すなわち, 複数のスレッドが同一のファ イル記述子で平行して I/O を行った場合, 入出力が「混ざる」可能性があり ます.

#include <sys/types.h>
#include <sys/time.h>

int	select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
               fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

複数の並行に動作するスレッドが同一のファイルデスクリプタに対して select() した場合, デスクリプタが有効になると, select() 中 の全てのスレッドが select() からリターンします. 複数のスレッ ドが同一のデスクリプタに対して select() することは勧められま せん.

4.11 その他の関数