gcc 在这里做啥来为每个线程运行一次此代码？

Posted 2023-02-22

【中文标题】gcc 在这里做啥来为每个线程运行一次此代码？

【英文标题】：What is gcc doing here to run this code once per thread?gcc 在这里做什么来为每个线程运行一次此代码？

【发布时间】：2019-01-19 18:41:21

【问题描述】：

我刚刚遇到了这种为每个线程运行一次代码的技术。我不知道它在最低级别是如何工作的。特别是，fs 指的是什么？ .zero 8 是什么意思？标识符为@tpoff 是否有原因？

int foo();

void bar()

    thread_local static auto _ = foo();

输出（带-O2）：

bar():
        cmp     BYTE PTR fs:guard variable for bar()::_@tpoff, 0
        je      .L8
        ret
.L8:
        sub     rsp, 8
        call    foo()
        mov     BYTE PTR fs:guard variable for bar()::_@tpoff, 1
        add     rsp, 8
        ret
guard variable for bar()::_:
        .zero   8

【问题讨论】：

似乎 GCC 正在使用每个线程变量来跟踪 _ 的状态。如果已经设置，它不会再次初始化它。

除了 Peter Cordes 所说的不使用 _ 作为变量名之外，我还建议不要在示例中使用 main，以显示编译器生成的汇编代码。函数main 在很多方面都很特别，虽然在这里它不是一个真正的问题，但编译器可以为 main 生成不同的代码，而不是它被命名为其他东西。特别是 main 在 C++ 中只能调用一次，因此编译器可以忽略 thread_local 属性或不使用保护变量。

哦，真的。既然你提到它，那绝对是个坏主意。

【参考方案1】：

fs 段基址是线程本地存储的地址（至少在 x86-64 Linux 上）。

.zero 8 保留 8 个字节的零（大概在 BSS 中）。查看 GAS 手册：https://sourceware.org/binutils/docs/as/Zero.html，链接在https://***.com/tags/x86/info。

@tpoff大概意思是相对于线程本地存储来解决它，可能代表线程的东西偏移，我不知道。

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它的其余部分看起来类似于 gcc 通常对需要运行时初始化程序的 static 局部变量所做的：每次进入函数时都会检查的保护变量，在已经初始化的情况下会失败。

1 字节的保护变量在线程本地存储中。实际的 _ 本身已被优化掉，因为它从未被读取过。 请注意，foo 返回后，eax 没有存储。

顺便说一句，_ 是变量名的奇怪（错误）选择。很容易错过它，并且可能保留给实现使用。

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它在这里有一个很好的优化：通常（对于非线程本地static int var = foo();）如果它发现保护变量尚未初始化，它需要一种线程安全的方式来确保只有一个线程实际执行初始化（本质上是锁定）。

但是这里每个线程都有自己的保护变量（并且应该第一次运行foo() 而不管其他线程在做什么）所以它不需要调用run_once 函数得到互斥。

（对不起，简短的回答，稍后我可能会在 https://godbolt.org/ 上使用非线程本地 static 局部变量的示例进行扩展。或者查找关于它的 SO Q&A。）

【讨论】：

对于一个除了每个线程运行一次初始化函数之外什么都不用的变量，你会使用什么变量名？

@Artikash：dummy 之类的东西会起作用，或者用run_once_per_thread 之类的名称记录该用例的用途。我一直假设您的真实代码使用了它，而且这不在main 中。 C++ 标准表示从程序中调用main 是未定义的行为，因此实现可以将只需要在程序启动时运行一次的东西放在main 中。我认为以 main 作为入口点的新线程是 UB。

我的真实代码使用_，虽然不是主要的。 std::terminate 的 MSVC 实现对每个线程都有一个单独的终止处理程序，因此我在每个线程中运行的函数中有 thread_local static auto _ = std::set_terminate(my_terminate);。目前不确定是否要将其更改为thread_initializer_dummy，我最初想保持未使用内容的javascript约定为_。

@Artikash：我看不出为每个线程总是需要调用的东西使用静态本地的意义。您不能在每个线程只运行一次的函数开始附近正常调用它，这样就不需要保护了吗？例如您传递给std::thread 的函数。然后，如果您不需要结果，请不要将其分配给任何东西。

@Artikash：你必须以某种方式启动每个线程。他们在加入游泳池之前所做的事情不是在你的控制之下吗？这个函数只会在每个实际线程中运行一次，而不是每个分派到线程池的工作单元运行一次；我希望这就是你想要的。无论如何，开销很低，所以只要包含它的函数不在你最热门的热循环中，你就可以了。不过，它确实会触及额外的内存缓存行。