コグノスケ

glibcのスレッドとスタック

目次: C言語とlibc

誰も興味ないglibcの話シリーズ、スレッドのスタックはどうやって確保するのか？を追います。

ソースコードはglibc-2.35を見ています。pthread_create()の実体はいくつかありますが、2.34以降ならば関数__pthread_create_2_1()が実体です。

// glibc/nptl/pthread_create.c

versioned_symbol (libc, __pthread_create_2_1, pthread_create, GLIBC_2_34);
libc_hidden_ver (__pthread_create_2_1, __pthread_create)
#ifndef SHARED
strong_alias (__pthread_create_2_1, __pthread_create)
#endif

主要な関数としては、スタックを確保するallocate_stack()とclone()を呼ぶcreate_thread()です。スレッド属性も見てますが、今回は特に使わないので無視します。

__pthread_create_2_1
  allocate_stack
    get_cached_stack
  create_thread

スレッドのスタックは2通りの確保方法があります。1つはキャッシュ、もう1つはmmap()です。

// glibc/nptl/pthread_create.c

static int
allocate_stack (const struct pthread_attr *attr, struct pthread **pdp,
		void **stack, size_t *stacksize)
{

  //...

      /* Try to get a stack from the cache.  */
      reqsize = size;
      pd = get_cached_stack (&size, &mem);
      if (pd == NULL)    //★★キャッシュがなければこのif文が成立してmmapでメモリ確保★★
	{
	  /* If a guard page is required, avoid committing memory by first
	     allocate with PROT_NONE and then reserve with required permission
	     excluding the guard page.  */
	  mem = __mmap (NULL, size, (guardsize == 0) ? prot : PROT_NONE,
			MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS | MAP_STACK, -1, 0);

  //...

    retval = create_thread (pd, iattr, &stopped_start, stackaddr,
			    stacksize, &thread_ran);

  //...

このget_cached_stack()がNULLを返す＝失敗＝キャッシュからスタックを確保できなかった、を意味します。確保できない場合はmmap()を呼んでカーネルから匿名ページを確保し、スタック領域として使います。

キャッシュに追加する人は誰？

キャッシュからスタックを確保できるのは、既に終了したスレッドのスタック領域がキャッシュにある場合です。スレッドが終了して資源の回収pthread_join()が終わった後は、スレッドのスタックにアクセスしてはいけません。つまり誰もアクセスしない領域です。

スタック領域をカーネルに返しても良いですが、カーネルからメモリを確保したり解放するのは一般的に遅い処理のため、別のスレッドのスタックとして再利用してカーネルからのメモリ確保＆解放の回数を減らし、効率を上げる仕組みと思われます。

まずは読み出す側であるget_cached_stack()関数のコードから見ます。ちなみにコード内に頻出するtcbはThread Controll Blockの略だそうです。

// glibc/nptl/allocatestack.c

static struct pthread *
get_cached_stack (size_t *sizep, void **memp)
{
  size_t size = *sizep;
  struct pthread *result = NULL;
  list_t *entry;

  lll_lock (GL (dl_stack_cache_lock), LLL_PRIVATE);

  /* Search the cache for a matching entry.  We search for the
     smallest stack which has at least the required size.  Note that
     in normal situations the size of all allocated stacks is the
     same.  As the very least there are only a few different sizes.
     Therefore this loop will exit early most of the time with an
     exact match.  */
  list_for_each (entry, &GL (dl_stack_cache))    //★★キャッシュのリストを全部調べる★★
    {
      struct pthread *curr;

      curr = list_entry (entry, struct pthread, list);
      if (__nptl_stack_in_use (curr) && curr->stackblock_size >= size)
	{
	  if (curr->stackblock_size == size)    //★★一致するサイズのスタックがあれば使う★★
	    {
	      result = curr;
	      break;
	    }

	  if (result == NULL
	      || result->stackblock_size > curr->stackblock_size)
	    result = curr;
	}
    }

  //...

カギを握るのはスタック領域をキャッシュするリストdl_stack_cacheのようです。先程も言いましたが、このリストに要素が追加されるタイミングの1つはpthread_join()です。pthread_join()からコードを追います。

// glibc/nptl/pthread_join.c

int
___pthread_join (pthread_t threadid, void **thread_return)    //★★pthread_join()の実体★★
{
  return __pthread_clockjoin_ex (threadid, thread_return, 0 /* Ignored */,
				 NULL, true);
}
versioned_symbol (libc, ___pthread_join, pthread_join, GLIBC_2_34);


// glibc/nptl/pthread_join_common.c

int
__pthread_clockjoin_ex (pthread_t threadid, void **thread_return,
                        clockid_t clockid,
                        const struct __timespec64 *abstime, bool block)
{
  struct pthread *pd = (struct pthread *) threadid;

  //...

  void *pd_result = pd->result;
  if (__glibc_likely (result == 0))
    {
      /* We mark the thread as terminated and as joined.  */
      pd->tid = -1;

      /* Store the return value if the caller is interested.  */
      if (thread_return != NULL)
	*thread_return = pd_result;

      /* Free the TCB.  */
      __nptl_free_tcb (pd);    //★★これ★★
    }
  else
    pd->joinid = NULL;

  //...


// glibc/nptl/nptl_free_tcb.c

void
__nptl_free_tcb (struct pthread *pd)
{
  /* The thread is exiting now.  */
  if (atomic_bit_test_set (&pd->cancelhandling, TERMINATED_BIT) == 0)
    {
      /* Free TPP data.  */
      if (pd->tpp != NULL)    //★余談TPP = Thread Priority Protectだそうです★
        {
          struct priority_protection_data *tpp = pd->tpp;

          pd->tpp = NULL;
          free (tpp);
        }

      /* Queue the stack memory block for reuse and exit the process.  The
         kernel will signal via writing to the address returned by
         QUEUE-STACK when the stack is available.  */
      __nptl_deallocate_stack (pd);    //★★これ★★
    }
}
libc_hidden_def (__nptl_free_tcb)


// glibc/nptl/nptl-stack.c

void
__nptl_deallocate_stack (struct pthread *pd)
{
  lll_lock (GL (dl_stack_cache_lock), LLL_PRIVATE);

  /* Remove the thread from the list of threads with user defined
     stacks.  */
  __nptl_stack_list_del (&pd->list);

  /* Not much to do.  Just free the mmap()ed memory.  Note that we do
     not reset the 'used' flag in the 'tid' field.  This is done by
     the kernel.  If no thread has been created yet this field is
     still zero.  */
  if (__glibc_likely (! pd->user_stack))
    (void) queue_stack (pd);    //★★これ★★
  else
    /* Free the memory associated with the ELF TLS.  */
    _dl_deallocate_tls (TLS_TPADJ (pd), false);

  lll_unlock (GL (dl_stack_cache_lock), LLL_PRIVATE);
}
libc_hidden_def (__nptl_deallocate_stack)


/* Add a stack frame which is not used anymore to the stack.  Must be
   called with the cache lock held.  */
static inline void
__attribute ((always_inline))
queue_stack (struct pthread *stack)
{
  /* We unconditionally add the stack to the list.  The memory may
     still be in use but it will not be reused until the kernel marks
     the stack as not used anymore.  */
  __nptl_stack_list_add (&stack->list, &GL (dl_stack_cache));  //★★キャッシュのリストに追加★★

  GL (dl_stack_cache_actsize) += stack->stackblock_size;
  if (__glibc_unlikely (GL (dl_stack_cache_actsize)
			> __nptl_stack_cache_maxsize))
    __nptl_free_stacks (__nptl_stack_cache_maxsize);
}

やっとリストdl_stack_cacheにスタック領域を追加している場所まで来ました。もっとあっさりかと思いましたが、意外と呼び出しが深かったです……。

ほとんど見かけないSI接頭辞デカ（da）

何かの量を表すときは数字＋単位（例: 100m）で表します。余りにも桁が多くなり見づらい場合は適切な接頭辞を付けて数字の桁を減らして表すことが多いです（例: 100000m → 100km）。接頭辞はSI（国際単位系）で定義されており、1/1000を表すミリ（m）や1000倍を表すキロ（k）などがあります。これらは良く見かける接頭辞だと思います。

しかしSI接頭辞として定義されているものの、あまり使われない接頭辞もあります。顕著な物はデシ（d）、ヘクト（h）やデカ（da）辺りでしょう。デシとヘクトは少ないながらも見かけますが、デカは使われているところを見たことがありません。

ルールとしてはSI単位であれば、どのSI接頭辞を付けても間違いではない（ヘクトメートルhmも正しい）ですが、非SI単位はSI接頭辞を付けてはいけない場合があります。良く見かける組み合わせを表にしてみました。

各単位の簡単な解説です。

• m: メートル、長さのSI基本単位
• g: グラム、質量のSI基本単位（正確にはkgがSI基本単位）
• Pa: パスカル、圧力のSI組立単位
• Hz: ヘルツ、周波数のSI組立単位
• B: ベル、比を表す単位
• L: リットル、体積の非SI単位、1000cm^3
• a: アール、面積の非SI単位（aは廃止され、haのみが残っている）、100m^2

デカを良く使う単位があれば、是非お目に掛かりたいところです……。

alsa-lib dmixのバグを直した

目次: ALSA

先日送ったalsa-libへのパッチ（2022年4月29日の日記参照）がマージされました（該当するコミットへのリンク）。3週間くらい何も反応が無かったので、送り先を間違ったかな……？と思い始めたところでした。やー良かった良かった。

バグの発見（2014年7月9日の日記参照）から直るまでに8年も空きました。ALSAのような有名なOSSだと利用者数も半端ないので、バグを年単位で放っておくと他の人が同じバグに気づいて直すことが多いです。ところが、このバグは割と発生条件が変わっているのもあり、誰もバグに気づかなかったか、わざわざ直す価値を感じなかったのでしょう。有名OSSでは割と珍しいケースですよね。

BIGLOBE光からの勧誘

目次: プロバイダ

携帯に突然BIGLOBE光から電話が掛かってきて、ドコモ光から切り替えないか？と勧誘されました。KDDIはどこから私の電話番号と、ドコモ光を契約していることを知ったのでしょうか……？

勧誘の人は1,000円/月くらい安くなるはず、今なら工事費を無料で切り替えられる、キャッシュバックの分だけ得、とまくし立ててきます。しかし過去に電話勧誘で契約して良かったことがない（ドコモ光に変えた時とか）ので、契約しませんでした。

料金を確認すると今使っているドコモ光（タイプA）は4,400円/月、BIGLOBE光は4,378円/月で、ほとんど変わりません。しかもBIGLOBE光は3年縛りで、解約の機会がさらに限られます（違約金は11,900円も取られる）。ドコモ光の2年縛りだって最悪なのに3年縛り……悪化させてどうするんでしょう。

適当ばっかり言いやがって、これだから電話勧誘は嫌いなんだ。

日本語がおかしいフィッシング詐欺メール

海外から日本語がおかしいスパムやフィッシング詐欺のメールが来ることは多いですが、今回来たメールは桁違いに単語がおかしいです。

日本語がおかしいフィッシング詐欺メール（テキスト表示）

一例を挙げれば、

• Amazこれをon安全センター
• 第三ほっとし者
• 自かりの動的に
• 設定されがりました
• ご正常的な仕様に影ンが響
• シスなたにテム
• ユーランザーいませ管理いでくセンあなたター
• 発いとき行元
• 株えてす式会社
• Ammsdfazon！？

わざとやっているのではないか？と思うほどにおかしいです。

HTMLだとどうなる？

メールヘッダを見るとContent-Typeがtext/htmlとなっていたので、これはもしかしてHTML表示の場合のみまともに見えるタイプなのでは？と疑って、普段使っているテキスト表示から、HTML表示に変更したところ、

日本語がおかしいフィッシング詐欺メール（HTML表示）

割とまともに表示されました。日本語としてはイマイチですが、完全におかしい単語はなりを潜めています。

テキスト表示の際に多数出てきたおかしな単語の役割もわかりましたね。表示されないようにした意味の無い文字を紛れ込ませ、テキストしか見ないメールクライアントのスパムフィルターに引っかかる事態を回避していると思われます。うまくやっているつもりなんでしょうけど、普段からHTML表示を無効にしている人には、意味の無い文字が全て見えて逆に不審度がMaxになる諸刃の剣です。

余計なことばかり工夫する暇があるなら、その頭をもっと役に立つことに使えば良いのにね……。

携帯電話事業者の栄枯盛衰

楽天モバイルが有料化するというニュースが話題になっていました。無料攻勢を続けていましたが、シェアは2％程度でかなり苦戦しているそうです。

携帯電話と言えば今も昔もドコモが強いイメージですが、果たしてその認識は合っているのでしょうか？電気通信事業者協会のデータを元に1996年〜2014年までの契約者数をグラフにしてみました（グラフとまとめたデータはGoogleスプレッドシートにしておきました）。ウィルコムとアステルのデータはなぜか1996/06からしか取れないため、グラフがやや変になっています。ご了承ください。

携帯電話事業者ごとの契約者数

見事にドコモが強いです。ドコモが絶対王者なのはずっと変わらないんですが、

• 〜2001: ドコモ爆売れ時代
• 〜2007: auの追撃時代
• 〜2014: ソフトバンクの追撃時代

という具合でしょうか。

たしか国際電信電話（KDD）、第二電電（DDI）、日本移動通信（IDO）の三社合併でKDDIとなったのが2000年で、ブランドスローガンau by KDDIを言い始めたのが2000年か2001年だった気がします。KDDIがドコモを撃ち落とす覚悟の表れだったのかもしれません。

ソフトバンクに目を向けると、ソフトバンクがVodafoneを買収したのが2006年で、ソフトバンクの猛追はそこから始まったんだろうな〜などと想像するとなかなか面白いグラフですね。

スピードシューティングでガスガンの有効活用

目次: 射的

新たな趣味でスピードシューティングを始めました。いくつか大会があるそうですが、私が通い始めたTARGET-1というお店（サイトへのリンク）では「JTSAアンリミテッド」という大会（サイトへのリンク）のルールを使っています。5月末にアンリミテッドの大会があるそうで、大会が終わった6月からはリミテッドという大会（サイトへのリンク）のルールにするとも言っていました。

• 全5コース
• 1コースあたり5回の試技（上位4回のタイムを採用）
• 1回あたり5枚の鉄板を撃つ

全コースの合計タイムがスコアとなり（スコアが少ない＝早い方が良い成績）ます。銃によりスピードシューティング向き、不向き（※）はあるものの、基本的には好きな銃＋ホルスターで参加して構わないです。

個人競技ですから、タイムが遅くても早くても特に誰も迷惑しないのです。個人競技万歳。

（※）いただいたアドバイスによれば、

• 不向き: ベレッタ、SIGのような初弾ダブルアクション
• 上級者: M1911のようなコック＆ロックのシングルアクション
• 初心者: グロックのような（ほぼ）シングルアクション

とのこと。

メモ: 技術系の話はFacebookから転記しておくことにした。いくつか追記。

ゲームを買ったら遊びましょう

目次: ゲーム

SteamとEpic GamesとNintendo Switchで買ったゲームプレイ時間の振り返りです。ゲーム名の左端にある数字は「何時間遊んだか？」、その右はゲームプラットフォームを示します。

23個買って、コンプやクリアは7つ、相当遊んだ（ゲームプレイ時間100時間超）と言えるのは4つ（Cities, Dyson, the Hunter, スプラトゥーン2）です。買って半数は最後まで遊ばず、3割は放置同然です。

子供の時はゲーム機が壊れるまで遊んでましたけど、PlayStation 2以降はハードが壊れるより新機種が出る方が早くなりました。もうこの時点でゲーマーから陥落してたのかなあ。

今やゲームを買うが遊ばないという、子供時代の自分が聞いたら「もったいない！」と憤死しそうな、悪い大人になりました。自分の金だから得とか損とかそういう問題は気にしなくて良いんですけど、ゲームを作った人には申し訳ない……。

振り返り結果

傾向として、PCゲームのアクション系（Battlefield, DAEMON X MACHINA）、Switchのシミュレーションゲーム（A列車、コロニスト）は諦め率が高いです。アクションはそもそも得意ではないし目が痛くなって疲れるので……諦め率は高めです。むしろ一番苦手なジャンルといえる対戦アクションのスプラトゥーン2を100時間近く遊んだことが奇跡的でした。

Switchのシミュレーションゲームは面白いんですが、画面が狭すぎ＆操作しづらいなどゲームとして基本的な部分の出来の悪さに耐えられず嫌になってしまいました。

終わった（実績100％, コンプorクリアなど）

• 192.8: Steam: STATIONflow
• 165.7: Steam: Transport Fever 2
• 68.5: Steam: Mad Tower Tycoon
• 35.0: Switch: DUNGEON ENCOUNTERS
• 23.3: Switch: ぶきあつめ (The World is Your Wepon)
• 10.0: Switch: Return of the Obra Dinn
• 1.0: Switch: ごめんね、NPCです

たくさん遊んだ、明確なクリア条件がない、など。

• 311.7: Steam: Cities: Skylines
• 245.6: Steam: Dyson Sphere Program
• 168.8: Steam: the Hunter: Call of the Wild
• 95.0: Switch: スプラトゥーン2

未クリア、飽きた、など。

• 71.5: Steam: Surviving Mars
• 55.0: Switch: Fire Emblem風花雪月
• 39.4: Steam: Timberborn
• 21.5: Epic: DAEMON X MACHINA
• 20.0: Switch: ザ・コロニスト
• 10.0: Switch: マリオカート8デラックス
• 10.0: Switch: A列車で行こう はじまる観光計画

買ったけどほぼ遊んでいない。

• 10.9: Steam: Asset Corsa
• 4.5: Steam: OpneTTD
• 4.0: Steam: shapez.io
• 3.9: Steam: Battlefield V
• 3.9: Steam: Kerbal Space Program

箱庭シミュレーション系が多いのは好みの問題です。

メモ: 技術系の話はFacebookから転記しておくことにした。Switchのゲームを集計に追加。