c - gcc `__thread` 是如何工作的？

Question

gcc中的__thread是如何实现的？它只是 pthread_getspecific 和 pthread_setspecific 的包装器吗？

我的程序使用 TLS 的 posix API，现在我有点失望，因为我的程序运行时间有 30% 花在了 pthread_getspecific 上。我在每个需要资源的函数调用的入口调用它。在内联优化之后，编译器似乎没有优化掉 pthread_getspecific。所以在函数被内联后，代码基本上是一次又一次地搜索正确的 TLS 指针以获得相同的指针返回。

__thread 会在这种情况下帮助我吗？我知道C11有thread_local，但是我的gcc还不支持。 (但现在我看到我的 gcc 确实支持 _Thread_local 只是不支持宏。)

我知道我可以简单地测试一下看看。但我现在必须去别的地方，我想在尝试进行相当大的重写之前更好地了解某个功能。

Answer 1

最近 GCC ，例如GCC 5支持 C11 及其 thread_local (如果使用例如 gcc -std=c11 进行编译)。作为FUZxxl评论，你可以使用(而不是 C11 thread_local ) __thread旧版 GCC 支持的限定符。了解 Thread Local Storage .

pthread_getspecific确实很慢(它在 POSIX 库中，因此不是由 GCC 提供，而是由例如 GNU glibc 或 musl-libc 提供)因为它涉及函数调用。使用 thread_local变量很可能会更快。

查看MUSL's thread/pthread_getspecific.c file的源代码一个实现的例子。阅读this answer一个相关的问题。

和_thread & thread_local (通常)不会神奇地转换为对 pthread_getspecific 的调用.它们通常涉及一些特定的地址模式和/或寄存器(细节是特定于实现的，与 ABI 相关；在 Linux 上，我猜想因为 x86-64 有更多的寄存器和地址模式，它的 TLS 实现比在 i386 上更快), 在 compiler 的帮助下, linker和 runtime system .相反，pthread_getspecific 的某些实现可能会发生正在使用一些内部 thread_local变量(在您的 POSIX 线程实现中)。

作为例子，编译如下代码

#include <pthread.h>

const extern pthread_key_t key;

__thread int data;

int
get_data (void) {
  return data;
}

int
get_by_key (void) {
  return *(int*) (pthread_getspecific (key));
}

使用 GCC 5.2(在 Debian/Sid 上)和 gcc -m32 -S -O2 -fverbose-asm为 get_data 给出以下代码使用 TLS:

  .type get_data, @function
get_data:
.LFB3:
  .cfi_startproc
  movl  %gs:data@ntpoff, %eax   # data,
  ret
.cfi_endproc

和以下get_by_key的代码通过对 pthread_getspecific 的显式调用 :

get_by_key:
 .LFB4:
  .cfi_startproc
  subl  $24, %esp   #,
  .cfi_def_cfa_offset 28
  pushl key # key
  .cfi_def_cfa_offset 32
  call  pthread_getspecific #
  movl  (%eax), %eax    # MEM[(int *)_4], MEM[(int *)_4]
  addl  $28, %esp   #,
  .cfi_def_cfa_offset 4
  ret
  .cfi_endproc

因此将 TLS 与 __thread 结合使用(或 C11 中的 thread_local)可能比使用 pthread_getspecific 更快(避免调用的开销)。

注意 thread_local是 convenience macro defined in <threads.h> (C11 标准 header )。