c - 禁用 __thread 支持

Question

我正在实现一个极其轻量级的 pthread 替换库。我想完全禁用 __thread 有几个原因。

1. 这是浪费内存。如果我正在创建一千个与使用 __thread 声明变量的上下文无关的线程，它们仍将分配 程序仍将分配 1000*大小该数据字节，永远不要使用它。它与大规模并发模型的内 stub 本不兼容。如果我们需要只有 8K 堆栈的极其轻量级的纤程，那么只有 4K 的 TLS block 将是每个线程使用的内存的 50% 的开销。在某些情况下，TLS 开销会很大。
2. TLS 是一个复杂的标准，我根本没有时间/资源来支持它。太贵了我个人认为该标准设计不当。它应该已经定义了链接器必须提供的标准函数，这样线程库就可以控制 TLS 分配发生的位置，并插入它需要的相关偏移量和地址。此外，标准 ELF 实现已被 pthread 感染，期望 pthread 大小的结构来计算偏移量，这使得它很难适应其他东西。
3. 这只是一个糟糕的模式。它鼓励使用全局变量并创建具有静态函数/副作用的函数。如果我们正在创建易于分析的正确程序，这不是我们想要进入的领域。
4. 如果我们真的需要“线程上下文”来实现一些在幕后跟踪线程状态的魔法(例如分配或取消跟踪)，为什么不首先公开 TLS 用来理解该上下文的魔法？就我个人而言，我将直接使用 %fs 寄存器。由于显而易见的原因，这在库中是不可能的，但为什么它们一开始就应该是线程感知的呢？为什么不正确地设计它们，让它们首先在参数列表中获得所需的上下文相关数据？

我的问题很简单:禁用 __thread 支持并让 clang 在您不小心使用它时发出错误的最简单方法是什么？如果加载恰好需要 TLS 的动态库，我怎么会出错？

Answer 1

我相信最简单的方法是无条件地向您的 CFLAGS 添加类似的内容(如果您希望它是系统全局的，则可能来自 clang 的 gcc 规范文件的等价物):

-D__thread='^-^'

其中右侧可以是 C 程序中任何点在语法上无效(违反约束)的任何内容。

至于防止使用 TLS 加载库，您必须修补链接器和/或动态链接器以拒绝它们。如果您只是在谈论 dlopen，您的程序可以首先读取文件并解析 ELF header 以进行 TLS 重定位，然后拒绝该库(不将其传递给 dlopen)如果有的话。这甚至可以通过 LD_PRELOAD 包装器实现。

我同意您的看法，尤其是在其当前实现中，通常应避免使用 TLS，但请问您是否衡量过成本？我认为在设计用于使用它的系统上完全将其消除将相当困难，并且有很多更容易实现的目标来减少膨胀。你用的是哪个libc？如果它是 glibc，我很确定 glibc 有很多它在内部使用的 TLS 这些天......当然，如果你正在编写自己的线程实现，那将需要与标准库的其余部分进行大量交互，所以也许您已经在修补它...？

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顺便说一句(后面是无耻的插件)，我们有an extremely light-weight threads implementation在 musl libc目前没有 TLS。我认为与另一个 libc 集成并不容易(而且我敢肯定，如果您正在编写自己的库，您会发现很难与 glibc 集成，尤其是 glibc 的动态链接器，它期望支持 TLS)但是如果您可以按原样使用整个库，它可能会满足您对特定项目的需求，或者您可以借用有用的代码(许可证是 MIT)。