问Linux上的线程局部变量访问速度有多快？

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一些处理器（i*86）具有特殊的段（fs或gs在x86_64模式）。其他处理器不会（但通常它们将有一个保留用于访问当前线程的寄存器，并且TLS使用该专用寄存器很容易找到）。

在i*86使用中fs，访问速度几乎与直接内存访问一样快。

我一直在阅读有关线程局部变量访问缓慢的恐怖故事

如果你提供了一些这样的恐怖故事的链接，它会有所帮助。没有这些链接，就不可能知道他们的作者是否知道他们在谈论什么。

你可以如下所示来做：

1. 没有__thread变数，没有缓慢。 我将用这个测试的性能作为基础。 #include "stdio.h" #include "math.h" double tlvar; //following line is needed so get_value() is not inlined by compiler double get_value() __attribute__ ((noinline)); double get_value() { return tlvar; } int main() { int i; double f=0.0; tlvar = 1.0; for(i=0; i<1000000000; i++) { f += sqrt(get_value()); } printf("f = %f\n", f); return 1; } 这是get_value（）的汇编代码 Dump of assembler code for function get_value: => 0x0000000000400560 <+0>: movsd 0x200478(%rip),%xmm0 # 0x6009e0 <tlvar> 0x0000000000400568 <+8>: retq End of assembler dump. 这是它运行的速度： $ time ./inet_test_no_thread f = 1000000000.000000 real 0m5.169s user 0m5.137s sys 0m0.002s
2. __thread可执行文件中有变量（不在共享库中），仍然没有缓慢。 #include "stdio.h" #include "math.h" __thread double tlvar; //following line is needed so get_value() is not inlined by compiler double get_value() __attribute__ ((noinline)); double get_value() { return tlvar; } int main() { int i; double f=0.0; tlvar = 1.0; for(i=0; i<1000000000; i++) { f += sqrt(get_value()); } printf("f = %f\n", f); return 1; } 这是get_value（）的汇编代码 (gdb) disassemble get_value Dump of assembler code for function get_value: => 0x0000000000400590 <+0>: movsd %fs:0xfffffffffffffff8,%xmm0 0x000000000040059a <+10>: retq End of assembler dump. 这是它运行的速度： $ time ./inet_test f = 1000000000.000000 real 0m5.232s user 0m5.158s sys 0m0.007s 所以，很明显，当__threadvar在可执行文件中时，它和普通的全局变量一样快。
3. 有一个__thread变量，它在共享库中，有缓慢。 可执行文件： $ cat inet_test_main.c #include "stdio.h" #include "math.h" int test(); int main() { test(); return 1; } 共享库： $ cat inet_test_lib.c #include "stdio.h" #include "math.h" static __thread double tlvar; //following line is needed so get_value() is not inlined by compiler double get_value() __attribute__ ((noinline)); double get_value() { return tlvar; } int test() { int i; double f=0.0; tlvar = 1.0; for(i=0; i<1000000000; i++) { f += sqrt(get_value()); } printf("f = %f\n", f); return 1; } 这是get_value（）的汇编代码，看看它有多不同 - 它调用__tls_get_addr()： Dump of assembler code for function get_value: => 0x00007ffff7dfc6d0 <+0>: lea 0x200329(%rip),%rdi # 0x7ffff7ffca00 0x00007ffff7dfc6d7 <+7>: callq 0x7ffff7dfc5c8 <__tls_get_addr@plt> 0x00007ffff7dfc6dc <+12>: movsd 0x0(%rax),%xmm0 0x00007ffff7dfc6e4 <+20>: retq End of assembler dump. (gdb) disas __tls_get_addr Dump of assembler code for function __tls_get_addr: 0x0000003c40a114d0 <+0>: push %rbx 0x0000003c40a114d1 <+1>: mov %rdi,%rbx => 0x0000003c40a114d4 <+4>: mov %fs:0x8,%rdi 0x0000003c40a114dd <+13>: mov 0x20fa74(%rip),%rax # 0x3c40c20f58 <_rtld_local+3928> 0x0000003c40a114e4 <+20>: cmp %rax,(%rdi) 0x0000003c40a114e7 <+23>: jne 0x3c40a11505 <__tls_get_addr+53> 0x0000003c40a114e9 <+25>: xor %esi,%esi 0x0000003c40a114eb <+27>: mov (%rbx),%rdx 0x0000003c40a114ee <+30>: mov %rdx,%rax 0x0000003c40a114f1 <+33>: shl $0x4,%rax 0x0000003c40a114f5 <+37>: mov (%rax,%rdi,1),%rax 0x0000003c40a114f9 <+41>: cmp $0xffffffffffffffff,%rax 0x0000003c40a114fd <+45>: je 0x3c40a1151b <__tls_get_addr+75> 0x0000003c40a114ff <+47>: add 0x8(%rbx),%rax 0x0000003c40a11503 <+51>: pop %rbx 0x0000003c40a11504 <+52>: retq 0x0000003c40a11505 <+53>: mov (%rbx),%rdi 0x0000003c40a11508 <+56>: callq 0x3c40a11200 <_dl_update_slotinfo> 0x0000003c40a1150d <+61>: mov %rax,%rsi 0x0000003c40a11510 <+64>: mov %fs:0x8,%rdi 0x0000003c40a11519 <+73>: jmp 0x3c40a114eb <__tls_get_addr+27> 0x0000003c40a1151b <+75>: callq 0x3c40a11000 <tls_get_addr_tail> 0x0000003c40a11520 <+80>: jmp 0x3c40a114ff <__tls_get_addr+47> End of assembler dump. 它运行几乎慢两倍！： $ time ./inet_test_main f = 1000000000.000000 real 0m9.978s user 0m9.906s sys 0m0.004s 最后 - 这是perf报告 - __tls_get_addr - CPU利用率的21％： $ perf report --stdio # # Events: 10K cpu-clock # # Overhead Command Shared Object Symbol # ........ .............. ................... .................. # 58.05% inet_test_main libinet_test_lib.so [.] test 21.15% inet_test_main ld-2.12.so [.] __tls_get_addr 10.69% inet_test_main libinet_test_lib.so [.] get_value 5.07% inet_test_main libinet_test_lib.so [.] get_value@plt 4.82% inet_test_main libinet_test_lib.so [.] __tls_get_addr@plt 0.23% inet_test_main [kernel.kallsyms] [k] 0xffffffffa0165b75