Linux C中也有“ThreadLocal”

最新推荐文章于 2024-10-05 09:07:15 发布
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分类专栏： Java 文章标签： Linux C# C++ C 多线程
现在在看Linux开发的书，接触到了多线程开发这一块，惊奇的发现用C写多线程程序，也有线程

内部变量的概念呢，甚至调用的接口和Java中的ThreadLocal非常像。

　1.
　extern int pthread_key_create ((pthread_key_t *__key, void (*__destr_function) (void *)));
先使用该方法创建一个线程内的Key，且绑定一个函数在线程结束时回收Key对于的空间

2.
extern int pthread_setspecific __P ((pthread_key_t __key,__const void *__pointer));
将线程数据和一个键绑定在一起

3.extern void *pthread_getspecific __P ((pthread_key_t __key));
获得线程数据

4.pthread_key_delete
删除Key及其对应的线程数据

看来编程语言都是相通的，果真不假啊 :wink:
C语言中的线程本地存储（ThreadLocal）编程
TechO_O的博客
10-02 380
在C语言中，我们也可以使用线程本地存储（ThreadLocal）来实现线程间数据的隔离和共享。线程本地存储允许每个线程拥有自己独立的变量副本，这样每个线程都可以在自己的副本上进行读写操作，而不会影响其他线程的副本。线程本地存储在C语言中是一种非常有用的技术，可以帮助我们在多线程编程中实现数据的隔离和共享。通过使用线程本地存储，每个线程都可以拥有自己独立的变量副本，从而避免了线程间的数据竞争和冲突。函数分配一块内存，并将其存储在线程本地存储中，然后再递增变量副本的值。函数从线程本地存储中获取变量副本。
linux编程 - C/C++每线程（thread-local）变量的使用
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在一个进程中定义的全局或静态变量都是所有线程可见的，即每个线程共同操作一块存储区域。而有时我们可能有这样的需求：对于一个全局变量，每个线程对其的修改只在本线程内有效，即每个线程虽然共享这个全局变量的名字，但这个变量的值就像只有在本线程内才会被修改和读取一样。 线程局部存储和线程特有数据都可以实现上述需求。 1. 线程局部存储 线程局部存储提供了持久的每线程存储，每个线程都拥有一份对变量的拷贝
linux线程局部存储,C++11多线程-线程局部存储(thread_local)
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05-11 257
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linux中thread local变量过大可能引发Segmentation fault
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每天进步一点点——Linux中的线程局部存储（二）
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05-24 9771
Linux C/C++多线程编程中请善用__thread
jdk-17.0.8（jdk-17-linux-x64-bin.tar.gz）
10-13
4. **线程局部变量弱引用（ThreadLocal WeakReferences）**：这允许开发者创建线程局部变量，当不再有强引用指向它们时，它们会被垃圾收集，从而避免内存泄漏。 5. **ZGC（Z Garbage Collector）的优化**：ZGC是一...
Envoy源码分析之ThreadLocal
zyfforlinux
02-01 1422
ThreadLocal整体结构 Envoy中严重依赖ThreadLocal，为了避免加锁Envoy会尽可能在单一线程中完成所有的事件，但是多个线程之间难免会有一些数据需要共享，还有可能需要读写，为了避免加锁Envoy将一些需要在线程之间共享的数据放在ThreadLocal中，当ThreadLocal中的数据需要更新的时候则会通过主线程将更新后的数据Post到各个线程中，交由各个线程来更新自己的Th...
c语言自动生成系统时间函数,使用C语言中的time函数获取系统时间
weixin_39579483的博客
05-18 3067
使用C语言中的time函数获取系统时间可以通过time()函数来获得计算机系统当前的日历时间(Calendar Time)，处理日期时间的函数都是以本函数的返回值为基础进行运算。其原型为：time_t time(time_t * t);如果你已经声明了参数t，你可以从参数t返回现在的日历时间，同时也可以通过返回值返回现在的日历时间，即从一个时间点(例如：1970年1月1日0时0分0秒)到现在此时的...
操作系统练习题--管道；通道；进程间通信；内存碎片；ThreadLocal；fork和exec
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1.1 下列选项中，降低进程优先级的合理时机是（ A ）。 A. 进程的时间片用完 B. 进程刚完成I/O，进入就绪列队 C. 进程长期处于就绪列队中 D. 进程从就绪状态转为运行状态 解释 进程时间片用完，可降低其优先级以让别的进程被调度进入执行状态。B选项中进程刚完成I/O，进入就绪队列等待被处理机调度，为了让其尽快处理I/O结果，故应提高优先权。C选项中进程长期处于就绪队列，为不至于产生饥饿现象，也应适当提高优先级。D选项中进程的优先级不应该在此时降低，而应在时间片用完后再降低。 1.2
linux进程与线程对变量的操作,linux编程 - C/C++每线程（thread-local）变量的使用
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在一个进程中定义的全局或静态变量都是所有线程可见的，即每个线程共同操作一块存储区域。而有时我们可能有这样的需求：对于一个全局变量，每个线程对其的修改只在本线程内有效，各线程之间互不干扰。即每个线程虽然共享这个全局变量的名字，但这个变量的值就像只有在本线程内才会被修改和读取一样。线程局部存储和线程特有数据都可以实现上述需求。1. 线程局部存储线程局部存储提供了持久的每线程存储，每个线程都拥有一份对变...
玩转代码|Linux中Thread Local Storage（线程局部存储）
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在C/C++程序中，全局变量默认是所有线程共享的，开发者需要处理多线程竞争问题。有些情况下我们需要保证一个线程独享一份数据，其它线程无法访问。典型的就是errno全局变量，它总是会保存当前线程最后一个调用的错误码，不会存在线程冲突。这个时候需要使用线程局部存储（TLS）来解决。
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今天看到C语言的线程私有变量，讲的很有意思，发散下：C语言的线程私有变量（Thread special Data[TSD]）类比于Java的Threadlocal.描述，很有意思。和原来写的，做个比较http://my.oschina.net/u/177808/blog/184348 ...
thread_local
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一、介绍thread_local这个关键字的是C++11之后的产物，主要适用的场景是：本线程这个生命周期里面修改和读取，不会与别的线程相互影响。在C++中全局变量和static变量一般都是...
原来C语言也有ThreadLocal变量
程序员的世界
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都知道java中有ThreadLocal变量，那么在C语言也是支持的，有两种方式来支持 第一种方法： _thread int number; //通过gcc的关键字_thread 第二种方法： pthread_key_create()、pthread_getspecific()、pthread_setspecific()、pthread_key_delete() 通过pthread库支持 ...
深入理解thread_local
steem
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thread_local 使用注意事项
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小编典典正如迈克所说pthread_cleanup_push的不合适。正确的方法是使用pthread_key_create。我已经实现了一个小型演示程序，以演示如何执行此操作。我们实现thread_local您使用的宏，如下所示：使用真正的C ++ 11功能，它将是：void f(){thread_local X x(1,2,3);...}与此是：void f(){thread_local (X,...
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众所周知，ThreadLocal类是java提供线程本地变量的工具类。但父线程的本地变量却不能被子线程使用，代码如下：public static void main(String[] args) {ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal<>();threadLocal.set("abc");System.out.println("父线程:"+...
C++ 语言特性23 - thread_local
GPU全栈博主
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是 C++11 引入的用于声明的存储类型说明符。它可以用来声明一个变量，使其在每个线程中有独立的实例，这样每个线程对该变量的修改都只会影响自己的副本，而不会影响其他线程的值。修饰的变量在每个线程中都有一份独立的拷贝，这个变量的生命周期与线程相同：线程开始时初始化，线程结束时销毁。
linux c++ thread local原理
最新发布
02-24
<think>好的，我现在需要回答用户关于Linux下C++中线程本地存储（Thread Local Storage, TLS）原理的问题。用户之前已经询问过ThreadLocal在Java中的实现，现在转向C++在Linux下的实现原理。我需要确保自己理解TLS的概念、实现机制，以及它在Linux环境下的具体工作方式。 首先，我要回忆一下TLS的基本概念。TLS允许每个线程拥有变量的独立副本，这在多线程编程中非常重要，可以避免共享数据导致的竞争条件。在C++中，使用`thread_local`关键字来声明线程本地变量。但用户具体关心的是其底层原理，尤其是在Linux系统中的实现方式。 接下来，我需要考虑Linux下TLS的实现机制。记得Linux主要使用pthread库（如glibc的NPTL实现）来支持多线程，而TLS的实现可能与编译器和操作系统的ABI（Application Binary Interface）有关。可能涉及到的机制包括： 1. **存储模型**：线程本地变量是如何在内存中分配的。每个线程是否有独立的存储区域，例如使用线程控制块（TCB）或者特定的段（如.tdata和.tbss段）来存放这些变量。 2. **访问方式**：线程如何高效访问自己的本地变量。可能需要通过某种指针或寄存器（如FS或GS寄存器在x86架构中的使用）来访问线程特定的内存区域。 3. **动态TLS和静态TLS**：静态TLS是在程序启动时分配的，而动态TLS可以在运行时动态分配。需要区分这两种情况，并说明它们在Linux下的处理方式。 4. **编译器与链接器的角色**：C++中的`thread_local`关键字如何被编译器翻译成特定的存储类别，链接器如何处理这些变量，生成相应的ELF段（如.tdata、.tbss）。 5. **运行时库的支持**：如glibc中的函数（如pthread_key_create, pthread_setspecific, pthread_getspecific）如何管理动态TLS，以及静态TLS的初始化过程。 可能还需要讨论不同架构（如x86_64和ARM）的实现差异，以及线程创建时如何复制或初始化TLS变量。此外，需要考虑性能问题，比如静态TLS访问通常比动态TLS更快，因为可以通过固定的偏移量直接访问，而动态TLS可能需要通过查找表。 另外，用户可能想知道C++11引入的`thread_local`与之前GCC的`__thread`修饰符之间的关系，以及它们在不同标准下的支持情况。 需要验证一些关键点，例如： - 在ELF格式中，TLS变量通常位于.tdata（已初始化）和.tbss（未初始化）段。每个线程在创建时，会为这些段分配内存，并通过特定的段寄存器（如FS或GS）来访问它们。 - 访问静态TLS变量时，编译器生成指令会通过段寄存器加上固定偏移来获取变量的地址。例如，x86_64中使用%fs基址加上偏移量。 - 动态TLS使用键（key）来标识不同的变量，线程通过pthread接口来设置和获取特定于线程的值。这通常涉及哈希表或数组查找，因此效率较低。 需要确保这些信息准确，可能需要查阅相关资料或源码，比如glibc中TLS的实现，或者编译器（如GCC）如何处理`thread_local`关键字。 另外，需要注意用户的问题是关于Linux下C++的实现，因此需要明确区分C++语言层面的特性和系统/编译器层面的实现细节。例如，`thread_local`是C++11标准引入的，而GCC的`__thread`是更早期的扩展，但它们在底层可能共享类似的机制。 可能的误区包括将动态TLS和静态TLS混淆，或者错误地解释寄存器的使用方式。需要确保在解释时清晰地区分不同的情况，并指出它们的优缺点，比如静态TLS的效率更高但数量有限，而动态TLS更灵活但较慢。 最后，需要组织这些信息，以结构化的方式呈现给用户，先介绍基本概念，再深入实现原理，包括存储方式、访问机制、静态与动态TLS的区别，以及相关的编译器与系统支持。</think>### Linux C++ 线程本地存储（TLS）原理详解 --- #### **1. 线程本地存储（TLS）的核心概念** - **目标**：为每个线程提供独立的变量副本，避免多线程共享数据时的竞争。 - **C++关键字**：`thread_local`（C++11 标准引入）或编译器扩展（如 GCC 的 `__thread`）。 - **底层实现依赖**： - **编译器**（如 GCC、Clang）生成特定指令和内存布局。 - **操作系统**（Linux 的线程模型，如 NPTL）提供线程管理支持。 - **ELF 文件格式**（通过 `.tdata`、`.tbss` 等段管理静态 TLS）。 --- #### **2. TLS 的两种实现模式** ##### **2.1 静态 TLS（Static TLS）** - **特点**： - 变量在程序启动时分配，数量固定（由 ELF 文件的 TLS 模板决定）。 - 访问速度快（直接通过段寄存器 + 偏移量访问）。 - **实现机制**： - **内存布局**： - **`.tdata` 段**：已初始化的 TLS 变量。 - **`.tbss` 段**：未初始化的 TLS 变量。 - **线程创建时**：每个线程从 TLS 模板复制初始值到线程私有存储区。 - **访问方式**（以 x86_64 为例）： ```asm mov %fs:0x10, %rax # 通过 FS 寄存器 + 偏移量访问 TLS 变量 ``` ##### **2.2 动态 TLS（Dynamic TLS）** - **特点**： - 变量在运行时动态分配（如 `pthread_key_create`）。 - 灵活性高，但访问速度较慢（需通过键值查找）。 - **实现机制**： - **键值管理**：每个线程维护一个 TLS 数据指针数组，通过键（`pthread_key_t`）索引。 - **操作函数**： ```c pthread_key_create(&key, destructor); // 创建键 pthread_setspecific(key, value); // 设置线程本地值 void* value = pthread_getspecific(key); // 获取线程本地值 ``` - **内存开销**：每个线程需为动态 TLS 维护独立的数据指针数组。 --- #### **3. 静态 TLS 的底层细节（以 Linux x86_64 为例）** ##### **3.1 内存与寄存器** - **FS/GS 寄存器**： - 在 x86_64 中，`FS` 或 `GS` 寄存器指向当前线程的 TLS 存储基址。 - Linux 默认使用 `FS` 寄存器管理 TLS。 - **访问指令**： ```asm mov %fs:0x10, %rax // 读取 TLS 变量（偏移量 0x10） ``` ##### **3.2 TLS 变量的初始化** - **主线程**：直接使用 ELF 文件中的 `.tdata` 和 `.tbss` 段初始化。 - **新线程**（通过 `pthread_create`）： 1. 从主线程的 TLS 模板复制初始值。 2. 分配独立的 TLS 存储区，并设置 `FS` 寄存器指向该区域。 ##### **3.3 性能优势** - **直接寻址**：无哈希计算或链表遍历，访问速度与全局变量接近。 - **缓存友好**：连续内存布局减少缓存未命中。 --- #### **4. 动态 TLS 的实现（以 pthread 库为例）** ##### **4.1 键值存储结构** - **全局键表**：记录所有已分配的键及其析构函数。 - **线程私有数据**：每个线程维护一个 `void*` 数组，通过键的索引访问值。 ##### **4.2 操作流程** 1. **创建键**： ```c pthread_key_create(&key, destructor); ``` - 分配一个未使用的键索引，注册析构函数。 2. **设置值**： ```c pthread_setspecific(key, value); ``` - 将值存入当前线程的 TLS 数组的对应索引位置。 3. **获取值**： ```c void* value = pthread_getspecific(key); ``` - 从当前线程的 TLS 数组的对应索引位置读取值。 ##### **4.3 性能瓶颈** - **间接访问**：需通过键索引多级寻址，速度慢于静态 TLS。 - **锁竞争**：全局键表的操作可能涉及锁（尽管现代实现通常优化为无锁结构）。 --- #### **5. 静态 TLS 与动态 TLS 的对比** | **特性** | **静态 TLS** | **动态 TLS** | |-------------------|---------------------------------------|---------------------------------------| | **分配时机** | 程序启动时 | 运行时动态分配 | | **访问速度** | 快（直接寄存器寻址） | 慢（需键值查找） | | **灵活性** | 固定数量，需提前定义 | 支持动态创建和销毁 | | **适用场景** | 高频访问的线程本地变量 | 需要动态管理的临时数据 | --- #### **6. C++ `thread_local` 关键字的实现** - **编译器行为**： - 若变量在编译期可知大小且数量固定，优先使用静态 TLS。 - 否则（如动态加载的库中使用 `thread_local`），退化为动态 TLS。 - **示例代码**： ```cpp thread_local int val = 42; // 静态 TLS（若编译器支持） ``` - **与 `__thread` 的关系**： - GCC 的 `__thread` 是 C++11 前对静态 TLS 的扩展，行为与 `thread_local` 类似。 - C++11 标准化后，`thread_local` 兼容性更好。 --- #### **7. 常见问题与优化** - **TLS 的数量限制**： - 静态 TLS 的段大小有限（依赖 ELF 模板），过多变量可能导致链接错误。 - 动态 TLS 无硬性限制，但需注意内存开销。 - **性能优化**： - 优先使用静态 TLS 存储高频访问的变量。 - 避免在关键路径频繁调用 `pthread_getspecific`。 --- ### 总结 - **静态 TLS**：通过 ELF 段和寄存器直接寻址实现高效访问，适用于固定变量。 - **动态 TLS**：基于键值管理的灵活方案，适用于运行时动态需求。 - **C++ `thread_local`**：由编译器根据上下文选择最优实现，结合两种 TLS 机制。
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