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 posix API 作为 TLS，现在看到我的程序运行时间有 30% 花在 pthread_getspecific 上，我有点失望。我在每个需要资源的函数调用的入口调用它。在内联优化后，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。

在这种情况下，__thread 会帮助我吗？我知道C11里面有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

gcc 的 __thread 与 C11 的 _Thread_local 具有完全相同的语义。您没有告诉我们您正在为哪个平台编程，因为平台之间的实现细节有所不同。例如，在 x86 Linux 上，gcc 应该将对线程局部变量的访问编译为具有 %fs 段前缀的内存指令，而不是调用 pthread_getspecific.

Answer 2

最近 GCC, e.g. GCC 5 do support C11 and its thread_local (if compiling with e.g. gcc -std=c11). As FUZxxl commented, you could use (instead of C11 thread_local) the __thread qualifier supported by older GCC versions. Read about Thread Local Storage.

pthread_getspecific 确实很慢（它在 POSIX 库中，因此不是由 GCC 提供，而是 GNU glibc or 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 的源代码一个实施的例子。阅读 this answer 相关问题。

并且 _thread 和 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 and/or 寄存器（细节是特定于实现的，与 ABI; on Linux, I guess that since x86-64 has more registers & address modes, its implementation of TLS is faster than on i386), with help from the compiler, the linker and the runtime system 有关。相反，pthread_getspecific 的某些实现可能会使用一些内部 thread_local 变量（在 POSIX 线程的实现中）。

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 使用 TLS 提供以下代码：

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

和 get_by_key 的以下代码 显式调用 到 pthread_getspecific:

get_by_key:
 .LFB4:
  .cfi_startproc
  subl  , %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  , %esp   #,
  .cfi_def_cfa_offset 4
  ret
  .cfi_endproc

因此，将 TLS 与 __thread（或 C11 中的 thread_local）一起使用可能比使用 pthread_getspecific 更快（避免调用开销）。

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

gcc `__thread` 是如何工作的？

How does the gcc `__thread` work?

c

multithreading

gcc

thread-local-storage