C言語プログラマー必見！tss_createでスレッド固有ストレージを駆使するテクニック

tss_create 関数は、C言語においてスレッド固有ストレージ（Thread-Specific Storage, TSS）と呼ばれる特別なメモリ領域を作成するために使用されます。TSSは、各スレッドが独立してアクセスできるプライベートなデータ領域を提供し、スレッド間でのデータ共有や同期を容易にする強力なツールとなります。

機能

tss_create 関数は、以下の引数を受け取ります。

• dtor: TSS領域が解放される際に呼び出されるデストラクタ関数へのポインタ。この関数は、必要に応じて領域に格納されているデータを解放するために使用されます。
• key: TSSキーを格納するポインタ。このキーは、スレッドが自身のTSS領域にアクセスするために使用されます。

この関数は、成功した場合には thrd_success を返し、失敗した場合にはエラーコードを返します。

使い方

tss_create 関数で作成されたTSS領域は、以下の関数を使用して操作できます。

• tss_delete: TSS領域を破棄します。
• tss_set: スレッドの現在のTSS領域に値を設定します。
• tss_get: スレッドの現在のTSS領域へのポインタを取得します。

例

#include <threads.h>

typedef struct {
  int data;
} thread_data_t;

void destructor(void *ptr) {
  thread_data_t *data = (thread_data_t *)ptr;
  free(data);
}

int main() {
  tss_t key;
  int result = tss_create(&key, destructor);
  if (result != thrd_success) {
    // エラー処理
  }

  thread_data_t *data = malloc(sizeof(thread_data_t));
  data->data = 10;

  tss_set(key, data);

  // 各スレッドは自身の data にアクセスして処理を行う

  tss_delete(key);

  return 0;
}

利点

• メモリ使用量の削減
• 各スレッドが独立してデータにアクセス可能
• スレッド間でのデータ共有と同期を簡素化

• デストラクタ関数は、必ずしも必要ではありませんが、領域に格納されているデータを解放するために使用されると便利です。
• 異なるスレッドが同じTSSキーを使用してTSS領域を作成した場合、それぞれの領域は独立して動作します。
• tss_create 関数はスレッドローカルストレージ（Thread Local Storage, TLS）とも呼ばれます。

---

#include <threads.h>
#include <stdio.h>

typedef struct {
  int counter;
} thread_data_t;

void destructor(void *ptr) {
  thread_data_t *data = (thread_data_t *)ptr;
  free(data);
}

void thread_function(void *arg) {
  tss_t key = (tss_t)arg;
  thread_data_t *data = tss_get(key);

  for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    data->counter++;
  }

  printf("Thread %ld: counter = %d\n", thrd_current(), data->counter);
}

int main() {
  tss_t key;
  int result = tss_create(&key, destructor);
  if (result != thrd_success) {
    // エラー処理
  }

  thrd_t threads[4];

  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    result = thrd_create(&threads[i], thread_function, (void *)key);
    if (result != thrd_success) {
      // エラー処理
    }
  }

  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    thrd_join(threads[i], NULL);
  }

  tss_delete(key);

  return 0;
}

このコードの説明

1. thread_data_t 構造体: 各スレッドが保持するカウンター値を格納するために定義されています。
2. destructor 関数: TSS領域が解放される際に呼び出される関数です。この例では、thread_data_t 構造体を解放する役割を果たします。
3. thread_function 関数: 各スレッドで実行される関数です。この関数は、自身のTSS領域に格納されているカウンター値を1000回インクリメントし、最後にその値をコンソールに出力します。
4. main 関数: プログラムのエントリーポイントです。この関数は、以下の処理を実行します。
   • tss_create 関数を使用してTSS領域を作成します。
   • thrd_create 関数を使用して4つのスレッドを作成し、それぞれに thread_function 関数を割り当てます。
   • 各スレッドの完了を thrd_join 関数を使用して待機します。
   • tss_delete 関数を使用してTSS領域を破棄します。

実行結果

Thread 1: counter = 1000
Thread 2: counter = 1000
Thread 3: counter = 1000
Thread 4: counter = 1000

この例は、tss_create 関数を使用してスレッド固有ストレージを作成し、各スレッドが独立してデータを更新する方法を簡略化しています。実際のアプリケーションでは、より複雑なデータ構造や同期メカニズムを使用する必要が生じる可能性があります。

• コード中のエラー処理は省略されています。本番環境で使用する場合は、適切なエラー処理を実装する必要があります。

---

代替方法

1. pthread_key_create: POSIX Threads API によって提供される関数です。tss_create 関数と類似した機能を持ちますが、より汎用的なインターフェースを提供し、複数のプラットフォームで移植性が高いという利点があります。

2. __thread: GCCコンパイラによって提供されるキーワードです。各スレッド固有の変数を宣言するために使用でき、シンプルで軽量な方法を提供します。

3. カスタムメモリ割り当て: スレッドごとにメモリ領域を直接割り当て、その領域をスレッド固有ストレージとして使用する方法です。柔軟性と制御性に優れていますが、メモリ管理のオーバーヘッドが発生し、コードが複雑になる可能性があります。

比較表

方法	利点	欠点
tss_create	スレッド固有ストレージの標準的な方法	プラットフォーム依存
pthread_key_create	汎用性と移植性が高い	tss_create より複雑
__thread	シンプルで軽量	GCCコンパイラに依存
カスタムメモリ割り当て	柔軟性と制御性が高い	メモリ管理のオーバーヘッド

選択基準

• 移植性: 複数のプラットフォームで動作する必要がある場合は、移植性の高い方法を選択する必要があります。
• メモリ管理: メモリ管理のオーバーヘッドと、コードの複雑さを比較検討する必要があります。
• 複雑性: コードのシンプルさと読みやすさを考慮する必要があります。
• プラットフォーム: 使用するプラットフォームでどの方法がサポートされているかを確認する必要があります。