আজকের দিনে C চলছে কোথায়: তুমি রোজ ব্যবহার করো এমন ছয়টা সিস্টেম

শেষ কয়েক ঘণ্টার কথা ভাবো। কিছু একটা তোমাকে জাগিয়েছে। তুমি একটা ফোন খুলেছ, একটা browser খুলেছ, আর এই page তোমার বাড়ির একটা router পেরিয়ে এসেছে।

এই বাক্যটা পড়ার আগেই C-র ছয়টা আলাদা টুকরো চলেছে। তুমি একটাও দেখোনি, আর ব্যাপারটা ঠিক এখানেই। C হলো ভিত্তি, আর ভিত্তি নষ্ট না হওয়া পর্যন্ত চোখেই পড়ে না।

এই lesson একটা ঘুরে দেখা। প্রতিটা system-র জন্য থাকবে একটা প্রকল্পের নাম, আর এক বাক্যে C সেখানে কী করে। তারপর ওই প্রকল্পের public interface-র একটা সত্যিকারের লাইন। তারপর এক বাক্যে সৎ উত্তর, কেন এটা অন্য কিছুতে লেখা হয়নি।

06:00, alarm: FreeRTOS

একটা fitness band, smart meter বা microwave-র ভেতরের chip-টা Android চালায় না। ওটা চালায় ছোট একটা scheduler, প্রায়ই FreeRTOS। FreeRTOS 2003 সাল থেকে C-তে লেখা হচ্ছে, আর এখন কোটি কোটি যন্ত্রের ভেতরে আছে।

C সেখানে কী করে: সে ঠিক করে পরের কাজটা কোনটা চলবে। আর সেটা করে জানা, নির্দিষ্ট পরিমাণ memory দিয়ে। খারাপ সময়ে থামিয়ে দেওয়ার মতো কোনো garbage collector নেই।

void vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay );

এটা FreeRTOS-র API থেকে নেওয়া, freertos.org-এ নথিভুক্ত। এটা চলতি কাজটাকে ঘড়ির নির্দিষ্ট কয়েকটা tick-র জন্য ঘুম পাড়িয়ে দেয়। অন্য কিছু কেন না? 64 KB memory-র যন্ত্রে runtime রাখার জায়গা নেই। আর ভুল সময়ে 30 milliseconds থেমে যাওয়া মানে একটা ত্রুটি, ধীর হয়ে যাওয়া না।

06:02, ফোন: Linux kernel

Android একটা Linux kernel চালায়। ইন্টারনেটের বেশিরভাগ server-ও তাই। এটা প্রায় তিন কোটি লাইন, বেশিরভাগটাই C, শুরু 1991 সালে, আর এখনো রোজ নতুন পরিবর্তন নিচ্ছে।

C সেখানে কী করে: তোমার app আর hardware-র মাঝের সবকিছু। Touchscreen পড়া, process-র পালা ঠিক করা, storage chip-এ byte পাঠানো।

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

এই ঘোষণাটাই kernel-এ ঢোকার দরজা, আর যেকোনো Linux মেশিনে man 2 read দিয়ে এর manual পড়তে পারো। তোমার program যত file খুলবে, সব এটার ভেতর দিয়েই যায়। অন্য কিছু কেন না? Kernel-কে সরাসরি hardware-র সঙ্গে কথা বলতে হয়, আর C হলো সেই ভাষা যে দুইয়ের মাঝখানে দাঁড়ায় না।

06:03, router: BusyBox আর dnsmasq

তোমার ঘরের কোণের বাক্সটা আসলে ছোট একটা Linux computer। বেশিরভাগ home router চালায় BusyBox, একটাই C program যার ভেতরে প্রায় 400টা Unix command-র ছোট করা version আছে। বেশিরভাগ router dnsmasq-ও চালায়, যে C program নাম খোঁজার উত্তর দেয়।

C সেখানে কী করে: সে "progsity.io"-কে একটা address-এ বদলায়, স্থানীয় address বিলি করে, আর packet সরায়, এমন একটা যন্ত্রের ভেতরে যার storage কয়েক megabyte।

int socket(int domain, int type, int protocol);

এটা standard socket call, man 2 socket-এ নথিভুক্ত, আর পৃথিবীর প্রায় প্রতিটা network program এখান থেকেই শুরু হয়। অন্য কিছু কেন না? কারণ পুরো firmware image-টাকে flash memory-তে আঁটতে হবে। একটা runtime-র খরচই পুরো program-র চেয়ে বেশি হতো।

06:03, lesson-র data: SQLite আর Redis

SQLite একটাই C library, public domain, আর পৃথিবীতে সবচেয়ে বেশি জায়গায় বসানো database engine। এটা তোমার browser-এ, ফোনে আর বেশিরভাগ উড়োজাহাজের বিনোদন system-এ আছে। Redis 2009 সাল থেকে C-তে লেখা, আর web backend-র জন্য অল্প সময়ের data memory-তে রাখে, এই backend-টাও তার মধ্যে।

C সেখানে কী করে: সে একটা file format byte ধরে ধরে সামলায়। কোনো server process ছাড়াই microsecond-এ একটা query-র উত্তর দেয়।

int sqlite3_open(const char *filename, sqlite3 **ppDb);

এটা SQLite-র খোলার function, sqlite.org-এ নথিভুক্ত। অন্য কিছু কেন না? Database engine-র সারা জীবন কাটে memory আর disk-র মাঝে byte সরাতে। আবার তাকে অন্য বিশটা ভাষায় লেখা program-র ভেতরে ঢুকতে হয়। একটা C library-কে ওই সবগুলো থেকেই call করা যায়।

06:04, tooling: CPython

Python-র standard interpreter হলো CPython নামের একটা C program। কেউ যখন বলে "Python ধীর", সে আসলে এই C program-টার গতির কথা বলছে, যে তার নির্দেশগুলো একটা একটা করে পড়ছে।

C সেখানে কী করে: সে প্রতিটা Python object ধরে রাখে, bytecode চালানোর loop-টা চালায়, আর standard library-র দ্রুত অংশগুলো বানায়।

PyObject *PyLong_FromLong(long v);

এটা CPython-র public C API থেকে, docs.python.org-এ নথিভুক্ত। সাদামাটা একটা C সংখ্যা এভাবেই Python-র integer হয়ে যায়। অন্য কিছু কেন না? একটা language runtime-কে নিজের memory-র বিন্যাস নিখুঁতভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে হয়, আর operating system থেকে তাকে call করা যেতে হয়।

06:04, ছবিটা: zlib আর libpng

এই page-র প্রতিটা ছবি এসেছে চাপা দেওয়া অবস্থায়। zlib 1995 সালে C-তে লেখা, আর PNG file, HTTP compression আর .zip format-র পেছনের compression library এটাই। libpng বসে থাকে তার উপরে, আর PNG format-টা নিজে বোঝে।

C সেখানে কী করে: সে প্রতিটা ছবির জন্য কয়েক লাখ byte-র উপর দিয়ে হাঁটে। Code নিজে না চাইলে কেউ কোনো array-র সীমা যাচাই করে না। সেজন্যই এটা দ্রুত, আর সেজন্যই এর যত্ন করে review দরকার।

int deflate(z_streamp strm, int flush);

এটা zlib-র compression ধাপ, zlib.net-র zlib manual-এ নথিভুক্ত। অন্য কিছু কেন না? একটা ছবি খোলা মানে কাঁচা byte-র উপর দিয়ে একটা আঁটসাঁট loop। প্রতিটা array access যাচাই করে এমন ভাষা হলে তোমার ছবিগুলো চোখে পড়ার মতো ধীরে আসত।

Kernel আর embedded-র কাজ কেন C-তেই থাকে

চারটা কারণ প্রতিবারই আসে, আর একটাও পুরোনো দিনের মায়া না।

1. নিচে কোনো runtime লাগে না। C program-র নিচে কিছু চালু থাকার দরকার নেই। Kernel কোনো runtime-র উপর ভরসা করতে পারে না, কারণ runtime তো kernel-র উপরেই চলত।
2. সময়ের হিসাব আগেই বলা যায়। তুমি না লিখলে কোনো pause আসে না। একটা pacemaker বা গাড়ির brake controller-এ "সাধারণত দ্রুত" কোনো শর্ত না।
3. Memory-টা জানা। একটা structure ঠিক কত byte নেবে, সেটা তুমি বলে দিতে পারো, যেটা Example 1 দেখাচ্ছে। 64 KB memory-তে এটাই ঠিক করে দেয় জিনিসটা বাজারে যাবে কি না।
4. এটা এমনিতেই সব জায়গায় আছে। ভালো একটা ভাষা এল বলে তিন কোটি লাইন চলতে থাকা kernel-র code আবার লেখা হয় না। Linux-এ Rust যোগ হচ্ছে, নতুন driver-এ, C-র পাশে।

পরের তিনটা program প্রথম তিনটা কারণ code-এ দেখিয়ে দেয়, আর তুমি সেগুলো চালাতে পারবে।

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

/* One reading from a temperature sensor, laid out by hand. */
struct Reading {
    uint32_t seconds;   /* 4 bytes: time since the device started */
    int16_t  celsius;   /* 2 bytes: temperature times ten */
    int16_t  battery;   /* 2 bytes: percent times ten */
};

int main(void)
{
    struct Reading r = {3600, 267, 812};

    printf("one reading is %zu bytes\n", sizeof(struct Reading));
    printf("a thousand readings fit in %zu bytes\n", 1000 * sizeof(struct Reading));
    printf("at %u seconds: %d.%d C, battery %d.%d%%\n",
           r.seconds, r.celsius / 10, r.celsius % 10,
           r.battery / 10, r.battery % 10);
    return 0;
}

one reading is 8 bytes
a thousand readings fit in 8000 bytes
at 3600 seconds: 26.7 C, battery 81.2%

#include <stdio.h>

/* Five alarms, fixed in place. No memory is ever requested while running. */
#define ALARM_COUNT 5

int main(void)
{
    int alarm_minute[ALARM_COUNT] = {330, 360, 420, 480, 1320};
    const char *label[ALARM_COUNT] = {"early", "wake up", "bus", "class", "sleep"};

    int now = 420;   /* 07:00, counted in minutes since midnight */

    for (int i = 0; i < ALARM_COUNT; i++) {
        if (alarm_minute[i] == now) {
            printf("ring: %s\n", label[i]);
        }
    }

    printf("checked %d alarms, used %zu bytes of table\n",
           ALARM_COUNT, sizeof(alarm_minute));
    return 0;
}

ring: bus
checked 5 alarms, used 20 bytes of table

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

/* The first eight bytes of every PNG file, from the PNG specification. */
static const uint8_t PNG_SIGNATURE[8] = {
    0x89, 0x50, 0x4E, 0x47, 0x0D, 0x0A, 0x1A, 0x0A
};

int looks_like_png(const uint8_t *bytes, int count)
{
    if (count < 8) {
        return 0;
    }
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        if (bytes[i] != PNG_SIGNATURE[i]) {
            return 0;
        }
    }
    return 1;
}

int main(void)
{
    uint8_t real_png[10] = {0x89, 0x50, 0x4E, 0x47, 0x0D, 0x0A, 0x1A, 0x0A, 0x00, 0x00};
    uint8_t a_jpeg[10]   = {0xFF, 0xD8, 0xFF, 0xE0, 0x00, 0x10, 0x4A, 0x46, 0x49, 0x46};

    printf("file 1 is a PNG: %d\n", looks_like_png(real_png, 10));
    printf("file 2 is a PNG: %d\n", looks_like_png(a_jpeg, 10));
    return 0;
}

file 1 is a PNG: 1
file 2 is a PNG: 0

struct Reading {
    long seconds;     /* 8 bytes on Linux, 4 bytes on Windows */
    int celsius;
};

পরের lesson-এ দেখবে, programmer-রা বড় একটা program সাজানোর জন্য যে দুইটা রাস্তা ব্যবহার করে। আর এই track কেন পুরোনোটা আগে শেখায়, সেটাও দেখবে।