G++ はC++11
thread_localキーワードを実装するようになりました。__threadこれは、動的な初期化と破棄のセマンティクスを許可するという点で、主にGNU キーワードとは異なります。thread_local残念ながら、このサポートでは、動的な初期化が必要ない場合でも、非関数ローカル変数への参照に対して実行時のペナルティが 必要になるため、ユーザーは__thread静的な初期化セマンティクスを使用して TLS 変数を引き続き使用することを希望する場合があります。
このランタイム ペナルティの正確な性質と原因は何ですか?
明らかに、非関数ローカルthread_local変数をサポートするには、すべてのスレッド メインへのエントリの前にスレッド初期化フェーズが必要です (グローバル変数の静的初期化フェーズがあるのと同じように)。 ?
大雑把に言えば、gcc の thread_local の新しい実装のアーキテクチャは何ですか?
(免責事項: GCC の内部についてはよく知らないので、これも経験に基づいた推測です。)
動的thread_local初期化はコミット462819cに追加されています。変更の 1 つは次のとおりです。
* semantics.c (finish_id_expression): Replace use of thread_local
variable with a call to its wrapper.
したがって、実行時のペナルティは、thread_local変数のすべての参照が関数呼び出しになることです。簡単なテスト ケースで確認してみましょう。
// 3.cpp
extern thread_local int tls;
int main() {
tls += 37; // line 6
tls &= 11; // line 7
tls ^= 3; // line 8
return 0;
}
// 4.cpp
thread_local int tls = 42;
コンパイル*すると、参照のすべての使用がtlsへの関数呼び出しになり_ZTW3tls、変数が一度遅延初期化されることがわかります。
00000000004005b0 <main>:
main():
4005b0: 55 push rbp
4005b1: 48 89 e5 mov rbp,rsp
4005b4: e8 26 00 00 00 call 4005df <_ZTW3tls> // line 6
4005b9: 8b 10 mov edx,DWORD PTR [rax]
4005bb: 83 c2 25 add edx,0x25
4005be: 89 10 mov DWORD PTR [rax],edx
4005c0: e8 1a 00 00 00 call 4005df <_ZTW3tls> // line 7
4005c5: 8b 10 mov edx,DWORD PTR [rax]
4005c7: 83 e2 0b and edx,0xb
4005ca: 89 10 mov DWORD PTR [rax],edx
4005cc: e8 0e 00 00 00 call 4005df <_ZTW3tls> // line 8
4005d1: 8b 10 mov edx,DWORD PTR [rax]
4005d3: 83 f2 03 xor edx,0x3
4005d6: 89 10 mov DWORD PTR [rax],edx
4005d8: b8 00 00 00 00 mov eax,0x0 // line 9
4005dd: 5d pop rbp
4005de: c3 ret
00000000004005df <_ZTW3tls>:
_ZTW3tls():
4005df: 55 push rbp
4005e0: 48 89 e5 mov rbp,rsp
4005e3: b8 00 00 00 00 mov eax,0x0
4005e8: 48 85 c0 test rax,rax
4005eb: 74 05 je 4005f2 <_ZTW3tls+0x13>
4005ed: e8 0e fa bf ff call 0 <tls> // initialize the TLS
4005f2: 64 48 8b 14 25 00 00 00 00 mov rdx,QWORD PTR fs:0x0
4005fb: 48 c7 c0 fc ff ff ff mov rax,0xfffffffffffffffc
400602: 48 01 d0 add rax,rdx
400605: 5d pop rbp
400606: c3 ret
__threadこの追加のラッパーを持たないバージョンと比較してください。
00000000004005b0 <main>:
main():
4005b0: 55 push rbp
4005b1: 48 89 e5 mov rbp,rsp
4005b4: 48 c7 c0 fc ff ff ff mov rax,0xfffffffffffffffc // line 6
4005bb: 64 8b 00 mov eax,DWORD PTR fs:[rax]
4005be: 8d 50 25 lea edx,[rax+0x25]
4005c1: 48 c7 c0 fc ff ff ff mov rax,0xfffffffffffffffc
4005c8: 64 89 10 mov DWORD PTR fs:[rax],edx
4005cb: 48 c7 c0 fc ff ff ff mov rax,0xfffffffffffffffc // line 7
4005d2: 64 8b 00 mov eax,DWORD PTR fs:[rax]
4005d5: 89 c2 mov edx,eax
4005d7: 83 e2 0b and edx,0xb
4005da: 48 c7 c0 fc ff ff ff mov rax,0xfffffffffffffffc
4005e1: 64 89 10 mov DWORD PTR fs:[rax],edx
4005e4: 48 c7 c0 fc ff ff ff mov rax,0xfffffffffffffffc // line 8
4005eb: 64 8b 00 mov eax,DWORD PTR fs:[rax]
4005ee: 89 c2 mov edx,eax
4005f0: 83 f2 03 xor edx,0x3
4005f3: 48 c7 c0 fc ff ff ff mov rax,0xfffffffffffffffc
4005fa: 64 89 10 mov DWORD PTR fs:[rax],edx
4005fd: b8 00 00 00 00 mov eax,0x0 // line 9
400602: 5d pop rbp
400603: c3 ret
ただし、このラッパーはすべてのユースケースで必要なわけではありませんthread_local。これは から明らかになりdecl2.cます。ラッパーは、次の場合にのみ生成されます。
関数ローカルではなく、
extern（上記の例）、または__thread変数には許可されていない)、または__thread変数にも許可されていません)。他のすべての使用例では、 と同じように動作し__threadます。つまり、いくつかの変数がない限り、パフォーマンスを損なうことなくすべてをextern __thread置き換えることができます。__threadthread_local
*: インライン化すると関数の境界が見えにくくなるため、-O0 を付けてコンパイルしました。-O3 まで上げても、これらの初期化チェックは残っています。
変数が現在の TU で定義されている場合、インライナーがオーバーヘッドを処理します。これは、thread_local のほとんどの使用に当てはまると思います。
extern 変数の場合、プログラマーが、非定義 TU での変数の使用が動的初期化をトリガーする必要がないことを確認できる場合 (変数が静的に初期化されるか、定義 TU での変数の使用が前に実行されるため) -fno-extern-tls-init オプションを使用すると、このオーバーヘッドを回避できます。