c - 线程本地存储开销

Question

假设有一些使用全局变量的不可重入函数:

int i;
void foo(void){
/* modify i */
}

然后，我想在多线程代码中使用这个函数，所以我可以这样更改代码:

void foo(int i){
/* modify i */
}

或者，通过使用 gcc __thread 说明符，更简单:

__thread int i;
void foo(void){
/* modify i */
}

最后一个的优点是我不需要更改另一个调用 foo() 的代码。

我的问题是，线程本地存储的开销是多少？ TLS 是否存在一些不明显的问题？

如果我通过单独的指针修改 TLS`ed 变量，是否会有一些开销，如下所示:

__thread int i;
void foo(void){
int *p = &i;
/* modify i using p pointer */
}

谢谢。

Answer 1

And then, I want to use this function in multithreaded code, so I can change code this way:

void foo(int i){
    /* modify i */
}

这肯定不有效，因为您只会修改i 的副本。如果您希望保留更改，则需要传递 int* 或 int&。

与您为实现相同功能而可能遵循的任何自定义方法相比，使用 TLS 肯定不会造成任何重大开销(无论是空间还是时间)。在实践中，编译器通过在全局数据结构中动态分配存储“槽”来实现 TLS，该数据结构包含您的线程局部变量。

当您在运行时访问线程局部变量时，有一个额外的间接级别:首先运行时必须为当前线程访问适当的线程局部变量表，然后从表中获取值.此提取是使用数组的索引完成的(这是一个 O(1) 操作)。

如果您打算这样做:

__thread int i;
void foo(void){
    int *p = &i;
    /* modify i using p pointer */
}

那么就不需要使用指针访问i。将 i 视为一个全局变量，它对每个正在运行的线程都有不同的值。您不需要通过指针访问普通全局变量来使更改保持不变，因此也不需要将指针与线程局部变量一起使用。

最后，线程本地存储并不是真的要为每个线程存储大量变量(TLS 表的大小有依赖于编译器的限制)但这是您可以轻松解决的问题:将许多变量放入一个 struct 并创建一个指向 struct 线程局部的指针。