Thread Runner
come usare i thread in C – pt.2
Eldon Tyrell: Quale sarebbe il tuo problema? Roy Batty: La morte. Eldon Tyrell: La morte... beh questo temo sia un po' fuori della mia giurisdizione. Roy Batty: Io voglio più vita, padre!
Dove eravamo rimasti? Ah, si: nella prima parte di Blade Runner (oops… Thread Runner) avevamo introdotto l’argomento thread partendo dalla base, e cioè dai POSIX Threads. Ora, come promesso, tenteremo di scrivere lo stesso esempio dello scorso post usando una interfaccia alternativa, e cioè i C11 Threads.
E qui ci vuole una premessa che parte dal lato oscuro della forza (e vabbé, il C++…): il committee ISO del C++ decise di introdurre, nella versione C++11, i thread all’interno del linguaggio. Quindi niente più uso diretto dei POSIX Threads attraverso le funzioni della libreria libpthread, ma uso diretto di costrutti del linguaggio stesso. La realizzazione finale è stata (secondo me) brillante, e i C++11 Threads sono una delle poche cose del C++11 che uso frequentemente. Certo, anche i C++11 Threads non sono esenti da difetti, e alcuni anche abbastanza gravi, eh! Come la supercazzola dei future e promise per controllare gli errori (ne ho parlato qui)… ma usandoli senza farsi troppe seghe mentali sono abbastanza programmer-friendly. Comunque già sapete cosa ne penso della brutta deriva del C++ pilotata dal committee ISO, ne ho parlato varie volte in passato…
Ma torniamo al nostro amato C: il committee ISO del C non poteva rimanere indietro, e quindi hanno pensato di fare la stessa cosa con il C11, ovvero far si che i thread siano direttamente una parte del C… e ci sono riusciti? Prima di rispondere vi anticipo una considerazione: ho una stima del committee ISO del C maggiore di quella che ho di quello del del C++ (e non ci voleva molto…), ma in questo caso devo proprio dire che non ci siamo: a seguire vedremo il perché.
Come sono stati pensati i nuovi C11 Threads? Allora, hanno preso tutte le funzioni e variabili che compongono i POSIX Threads e gli hanno cambiato il nome (e devo ammettere che quelli nuovi sono più semplici e immediati); inoltre, in alcuni casi (pochi, per fortuna), hanno cambiato i tipi dei codici di ritorno e degli argomenti delle funzioni. Punto. Geniale? Non proprio direi, e niente a che vedere con la soluzione brillante usata nel C++11. Motivi per usare questa nuova versione? Zero, direi, e non vi ho ancora esposto l problemi principali…
Comunque, per farla breve, ho riscritto l’esempio dello scorso post usando i C11 Threads. Vai col codice!
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdbool.h>
#include <threads.h>
#define NUMTHREADS 2 // numero di thread da trattare, in questo caso 2
// struttura per i dati condivisi dai thread
typedef struct {
mtx_t mutex; // mutex di sincronizzazione comune ai thread
bool stop; // flag per stop thread
unsigned long cnt; // counter condiviso dai thread
} Thdata;
// prototipi locali
int threadFunc(void *arg);
// funzione main()
int main(int argc, char* argv[])
{
char errmsg_buf[256]; // buffer per strerror_r(3)
// init dei dati condivisi dai thread
Thdata thdata;
thdata.stop = false;
thdata.cnt = 0;
// init del mutex di Thdata
int error;
if ((error = mtx_init(&thdata.mutex, mtx_plain)) != thrd_success) {
// errore!
printf("%s: non posso creare il mutex (%d)\n", argv[0], error);
return 1;
}
// loop di avvio dei thread
thrd_t tid[2];
for (int i = 0; i < NUMTHREADS; i++) {
// creo un thread
if ((error = thrd_create(&tid[i], threadFunc, &thdata)) != thrd_success) {
// errore!
printf("%s: non posso creare il thread %d (%d)\n", argv[0], i, error);
return 1;
}
}
// dopo 10 secondi fermo tutti i thread
sleep(10);
thdata.stop = true;
// loop di join dei thread
for (int i = 0; i < NUMTHREADS; i++) {
if ((error = thrd_join(tid[i], NULL)) != thrd_success) {
// errore!
printf("%s: non posso attendere il thread %d (%d)\n", argv[0], i, error);
return 1;
}
}
// cancello il mutex di sincronizzazione
mtx_destroy(&thdata.mutex);
// esco
printf("%s: thread terminati: thdata.cnt=%lu\n", argv[0], thdata.cnt);
return 0;
}
// threadFunc() - funzione per i thread
int threadFunc(void *arg)
{
// ottengo i dati del thread con un cast (Thdata *) di (void *) arg
Thdata *thdata = (Thdata *)arg;
// loop del thread
printf("thread partito\n");
unsigned long loc_cnt = 0;
for (;;) {
// lock del mutex
mtx_lock(&thdata->mutex);
// incremento il counter locale e quello condiviso
loc_cnt++;
thdata->cnt++;
// unlock del mutex
mtx_unlock(&thdata->mutex);
// test dello stop flag
if (thdata->stop) {
// il thread esce
printf("thread terminato dal main: loc_cnt=%lu\n", loc_cnt);
thrd_exit(0);
}
// sleep del thread (uso usleep solo per comodità invece della nanosleep(2))
usleep(1000);
}
// il thread esce per altro motivo diverso dallo stop flag
printf("thread terminato localmente: loc_cnt=%lu\n", loc_cnt);
thrd_exit(0);
}
Come vedete il codice nuovo è praticamente identico al vecchio, mi sono limitato a usare le nuove funzioni al posto di quelle vecchie (per esempio thrd_create() invece di pthread_create(3)) , ho usato i nuovi tipi (per esempio mtx_t invece di pthread_mutex_t) e ho leggermente modificato il test dei valori di ritorno: poche differenze, devo dire, e, in alcuni casi, in peggio: ad esempio è sparito il parametro attr di pthread_create(3), che (per semplicità) nello scorso esempio avevo lasciato a NULL, ma che a volte può risultare utile (leggere il manuale della funzione per rendersene conto). Comunque si potrebbe dire (senza fare troppo gli schizzinosi) che la nuova interfaccia non ci offre nessun vantaggio sostanziale, ma neanche un peggioramento decisivo, quindi si potrebbe anche usare (de gustibus).
Ma c’è un problema: pare che i C11 Threads non siano stati considerati una priorità per chi scrive i compilatori e le varie libc, quindi per molti anni dall’introduzione è stato difficile compilare/eseguire un programma come quello che ho mostrato. Perfino il nostro amato GCC (che di solito è il primo a fornire supporto per le ultime novità) ci ha messo una vita a supportare i nuovi thread (in realtà a causa della mancata integrazione nella glibc). Questo è un brutto segno, per niente incoraggiante: se il mondo che gira intorno ai linguaggi e ai Sistemi Operativi non approva rapidamente vuol dire che ci sono delle perplessità.
Comunque dopo tanto tempo qualcosa è arrivato, e adesso è possibile compilare i C11 Threads su Linux (con versioni recenti di GCC e con una glibc dalla v.2.28 in su), sui vari sistemi BSD, su Windows, ma non ancora su macOS (se non mi sbaglio). Aggiungo un dettaglio illuminante sulla coppia GCC/glibc: in attesa di un supporto veramente nativo, la compilazione era basata su una implementazione che era, praticamente, un wrapper che simulava i C11 Threads usando i POSIX Threads (infatti bisognava linkare la libpthread): un po’ assurdo, no?
E anche se ora si può usare direttamente GCC con una glibc recente (la v.2.28 è del 2018), io ho deciso di seguire con la stessa soluzione che è stata disponibile quasi da subito (già nel 2014) e ho già usato in passato: ho usato la musl libc che è una alternativa alla glibc, ed è dotata di un wrapper per GCC (musl-gcc). musl fornisce (su Linux) il supporto completo al C11, ed è stata (credo) la prima in assoluto a fornire il supporto nativo ai C11 Thread. E come funziona tutto questo? Una volta compilato il programma si comporta correttamente, come potete vedere qui sotto:
aldo@Linux $ musl-gcc c11threads.c -o c11threads aldo@Linux $ ./c11threads thread partito thread partito thread terminato dal main: loc_cnt=8597 thread terminato dal main: loc_cnt=8597 ./c11threads: thread terminati: thdata.cnt=17194
Ma il gioco vale la candela? No, per quel che mi riguarda continuerò ad usare i POSIX Threads, che uso da molti anni e rimangono il riferimento d’eccellenza. I C11 Threads sono uno strano ibrido che non rispetta la classica sintassi della glibc (ad esempio in caso di errore non ritorna -1 ma un codice di errore e, oltretutto, non aggiorna errno), e non rispetta pienamente neanche lo standard POSIX (i codici di errore non sono inseriti in una lista analizzabile con strerror(3)). E poi, come già detto sopra, le nuove funzioni sono equivalenti alle vecchie ma non abbastanza, alcune funzionalità non sono più disponibili e alcune cose semplici (come stampare il thread Id interno della libreria o le stringhe degli errori) sono molto più complicate… e, dulcis in fundo, nelle classiche pagine dei manuali Linux e POSIX non c’è ancora traccia delle nuove funzioni. Son problemi, no?
Ok, per oggi chiudo qui. Nel prossimo e ultimo episodio di Thread Runner vedremo un esempio pratico. Rimanete sintonizzati, eh!
Ciao e al prossimo post!
