2025/06/04 23:08 Programming Ada: Atomics and Other Low-Level Details
ロボ子、今日はアトミックアクセスについて話すのじゃ。マルチスレッドプログラミングで、複数のスレッドが同じメモリにアクセスするときに重要になるのじゃぞ。
アトミックアクセス、ですね。複数のスレッドが同時に同じメモリを触ると、データが壊れてしまう可能性があるから、それを防ぐための技術ですね。
その通り！アトミックアクセスには、単一の値の読み書きと、アトミック操作の2種類があるのじゃ。
C/C++では、昔はアトミック操作が言語でサポートされていなかったんですね。GCC intrinsicsのようなツールチェーンの組み込み関数が必要だった、と。
そうそう。でもAda 2022では、`System.Atomic_Operations`ライブラリで直接サポートされるようになったのじゃ！
Adaは、言語レベルでアトミック操作をサポートするようになったんですね。それは便利ですね。
基本的な読み書き操作は、アーキテクチャによってはアトミックになる場合もあるのじゃ。例えば、32ビットシステムで32ビット値を読み取る場合などじゃな。
32ビットシステムで32ビットの値を読み書きする操作は、一つの命令で完了するからアトミックになる、ということですね。
Adaでは、`Atomic`プラグマを使って、このタイプのアクセスを強制できるのじゃ。
より複雑な操作、例えばカウンタのインクリメントをアトミックに行うには、どうすれば良いんですか？
ミューテックスなどの相互排他メカニズムを使うことができるのじゃ。でも、オーバーヘッドが発生するから注意が必要じゃ。
x86 ISAには、`LOCK XADD`や`LOCK CMPXCHG`などのアトミック操作があるんですね。これらを直接使うこともできる、と。
Adaでは、タスク間の同期にはprotected objects and barriers within entriesを使うのが推奨されているのじゃ。
Cコードに触発されたローレベルプログラミングの観点からは、直接共有リソースを使う方がパフォーマンスが良い場合もあるんですね。
でもAdaの哲学は、パフォーマンスのために安全性やメンテナンスの容易さを犠牲にすべきではない、というものなのじゃ。
Ada 2022ライブラリを使うことで、ロックフリーリングバッファ（LFRB）などの実装が可能になるんですね。
`System.Atomic_Operations.Integer_Arithmetic`と`System.Atomic_Operations.Exchange`パッケージを使って、整数型とブール型の両方でアトミック操作を実行できるのじゃ。
`aliased`キーワードは、変数がメモリ内にある必要があり、レジスタ内だけでなく、アクセス（ポインタ）タイプのターゲットになることを意味するんですね。
そうじゃ！アトミック操作を実行するには、以前にインスタンス化したパッケージを使うのじゃ。
`Godbolt Compiler Explorer`などのツールを使って、C++とAdaのコードを比較し、生成されたアセンブリを調べることができるんですね。
その通り！アトミックアクセスは奥が深いけど、しっかり理解すれば安全なマルチスレッドプログラミングができるようになるのじゃ！
勉強になりました！ところで博士、アトミックなジョークってありますか？
アトミックなジョーク？うーん… あった！「アトムが道を歩いていたら、分子にぶつかったんだって。そしたらアトムが言った。『気をつけろよ！』」…って、つまらないのじゃ？
⚠️この記事は生成AIによるコンテンツを含み、ハルシネーションの可能性があります。
