この先生きのこるTLS

C++ Advent Calendar jp 2010の記事です。

並列性の導入に伴うメモリモデルの変更についてCryoliteさんが丁寧な説明を書いてくれてますから是非読みましょう。時代は並列です。それもマルチホストやマルチノードではなくて、共有メモリ型のマルチプロセッサ(マルチコア)です。ふらっと電器店に入ったパウリ体質の親父さんが4-core(論理)マシンを数万円で手に入れてしまえるわけですから、並列性を考えてプログラミングしないわけがありません。

ところで並列ってどうして必要なんですか？パフォーマンスです。一口にパフォーマンスと言ってもMan-Machine Interactionの応答パフォーマンスから、CAEシミュレーションや健康診断の結果待ちまで色々なものがありますが、回路の遊び時間を減らし、処理の待ちを減らそうというのが基本的なモチベーションです。

だからおまえはまずlock-freeな実装を考えるんだ!待たせるな!!そういうわけでyamasaさんの記事を読みましょう。

それで僕です。みんなちょっと待て、C++0xで明日の生活を支えることは難しいぞ。だから今日は、昨日から使えていたC++0xの機能Thread-Local Storage(以下TLS)のお話です。

まずTLSって何かと言うと、スレッド毎に個別に持ってるストレージです、まんまだけど。コレどうして要るのかって言うと、スレッド毎にスタックがあるんだからソッチで持ってよ!!とかそういう単純な話です。
「おいィ？メモリ空間共有してるのがスレッドのメリットだろ。
　なんでプロセスみたいな事するんだ!？」
それは一理あるんですけれど残り九十九理はないですね。おまえはコピー持つなら必ずフォークするのかとかそういう。で、使い方なんですけどとても簡単です。TLSとして扱いたいデータ(PODに限る)に thread_local と付けるだけです。

thread_local int x; // おまえはスレッド毎に保持される

ちょっと注意しておかないといけないのは、初期化忘れたら怖いよ？泣くよ？ということです。あとまあPODじゃないと困るとかいうのは、それこそCryoliteさんの記事よく読みましょう。

ちなみにC++0xではthread_localですけど、大抵の処理系で以前からサポートされています。!!yamasa さんから指摘頂きましたが、C++0x以降はPODでない変数もTLSとなる(N3225 3.7.2 Thread storage duration参照)ので以下の内容はC++0x以前の話です。!!

+--------------------+--------------------+--------------------+
|      GNU/Sun       |      Intel/MS      |        C++0x       |
+--------------------+--------------------+--------------------+
|           __thread | __declspec(thread) |       thread_local |
+--------------------+--------------------+--------------------+

それで実際(僕が)よく見るケースなんですけど、こんな感じのコードがあって..

void func(int a) {
    static Hoge hoge;
    // 以下、数百行のナンバークランチが続く
}

これでfuncのcallerをOpenMP化したい時とか困りますよね。しかもfuncが1つや2つじゃなくていーっぱいあると、ほんとヤダなーって感じです。でもhogeはPODじゃないんで(!!C++0x以前だと!!)TLS化出来ないんですよ。かと言ってhogeを触ってるところ全てでlockしてたらヤバい、遅くて死ぬ。しかし並列版funcを用意する気がとても起きない(or優先順位が低い)。そんな時はこうすると良いですね。

#define hoge _hogeLocal_()
thread_local Hoge *gl_hoge = static_cast<Hoge *>(0);
Hoge &_hogeLocal_() {
    if (!gl_hoge) {
        // LOCKしてnew
    }
    return *gl_hoge;
}
void func(int a) {
    //static Hoge hoge;
    // 以下、コードは弄らない
}
#undef hoge

まあ別に面白いコードでも何でも無い。だがこれでこの先生きのこることができる。精々明後日までだろうが..

ところでこれからのクラス設計という観点ではcoiledcoilさんの記事など参考になりますね、読みましょう。!!それからC++0xでTLSばんじゃ〜いしても、コンストラクタにロックなんて無いから安心して心配しろ、泣くぞ(3.6.2 Initialization of non-local variables参照)!!

それでは次の方、良いお年を。