c++11 - 将 C++11 thread_local 与其他并行库结合使用

Question

我有一个简单的问题，C++11 thread_local 可以与其他并行模型一起使用吗？

例如，我可以在使用 OpenMP 或 Intel TBB 并行任务的同时在函数中使用它吗？

大多数此类并行编程模型都将硬件线程隐藏在更高级别的 API 后面。我的直觉是他们都必须将任务调度程序映射到硬件线程中。我能否期望 C++11 thread_local 能够达到预期的效果。

一个简单的例子是，

void func ()
{
    static thread_local some_var = init_val;
#pragma omp parallel for [... clauses ...]
    for (int i = 0; i < N; ++i) {
        // access some_var somewhere within the loop
    }
}

我可以期望每个 OpenMP 线程 都会访问自己的 some_var 副本吗？

我知道大多数并行编程模型都有自己的线程本地存储结构。然而，能够使用 C++11 thread_local (或编译器特定关键字)是很好的。例如，考虑一下情况

// actually may implemented with a class with operator()
void func ()
{
     static thread_local some_var;
     // a quite complex function
}

void func_omp (int N)
{
#pragma omp for [... clauses ...]
    for (int i = 0; i < N; ++i)
        func();
}

void func_tbb (int N)
{
      tbb::parallel_for(tbb::blocked_range<int>(0, N), func);
}

void func_select (int N)
{
     // At runtime or at compile time, based which programming model is available,
     // select to run func_omp or func_tbb
}

这里的基本思想是 func 可能相当复杂。我想支持多种并行编程模型。如果我使用并行编程特定的线程局部构造，那么我就实现了不同版本的 func 或至少部分版本。但是，如果我可以自由地使用C++11 thread_local，那么除了func之外我只需要实现几个非常简单的功能。对于较大的项目，可以通过使用模板编写更通用的 func_omp、func_tbb 版本来进一步简化事情。但是，我不太确定这样做是否安全。

Answer 1

一方面，OpenMP 规范有意省略了有关与其他编程范例的互操作性的任何规范，并且 C++11 线程与 OpenMP 的任何混合都是非标准且特定于供应商的。另一方面，编译器(至少 GCC)倾向于使用相同的底层 TLS 机制来实现 OpenMP 的 #pragma omp threadprivate 、C++11 的 thread_local 和各种编译器- 特定的存储类，例如__thread。

例如，GCC 完全在 POSIX 线程 API 之上实现其 OpenMP 运行时 (libgomp)，并通过将变量放置在 ELF TLS 存储上来实现 OpenMP threadprivate。这与 GNU 的 C++11 实现进行互操作，该实现也使用 POSIX 线程并将 thread_local 变量放在 ELF TLS 存储上。最终，它与使用 __thread 关键字指定线程本地存储类和显式 POSIX 线程 API 调用的代码进行互操作。例如下面的代码:

int foo;
#pragma omp threadprivate(foo)

__thread int bar;

thread_local int baz;

int func(void)
{
   return foo + bar + baz;
}

编译成:

    .globl  foo
    .section        .tbss,"awT",@nobits
    .align 4
    .type   foo, @object
    .size   foo, 4
foo:
    .zero   4
    .globl  bar
    .align 4
    .type   bar, @object
    .size   bar, 4
bar:
    .zero   4
    .globl  baz
    .align 4
    .type   baz, @object
    .size   baz, 4
baz:
    .zero   4

    movl    %fs:foo@tpoff, %edx
    movl    %fs:bar@tpoff, %eax
    addl    %eax, %edx
    movl    %fs:baz@tpoff, %eax

这里.tbss ELF 部分是线程本地BSS(未初始化数据)。所有三个变量都以相同的方式创建和访问。

目前与其他编译器的互操作性不太受关注。 Intel 没有实现 thread_local，而 Clang 仍然缺少 OpenMP 支持。