使 thread_local 变量完全易失

Question

我正在开发一个使用用户级上下文切换（使用 Boost::Context）的运行时库，但在使用 thread_level 变量时遇到了问题。考虑以下（简化的）代码：

thread_local int* volatile tli;

int main()
{
    tli = new int(1);   // part 1, done by thread 1
    UserLevelContextSwitch();
    int li = *tli;      // part 2, done by thread 2
    cout << li;
}

由于对thread_local 变量的访问有两次，因此编译器将主函数转换为以下内容（从汇编反转）：

register int** ptli = &tli; // cache address of thread_local variable
*ptli = new int(1);
UserLevelContextSwitch();
int li = **ptli;
cout << li;

这似乎是一个合法的优化，因为值 volatile tli 没有被缓存在寄存器中。但是地址 volatile tli 实际上被缓存了，而不是在第 2 部分从内存中读取。

这就是问题所在：在用户级上下文切换之后，执行第 1 部分的线程转到了其他地方。第 2 部分然后被其他线程拾取，该线程获取先前的堆栈并注册状态。但是现在正在执行第 2 部分的线程读取属于线程 1 的 tli 的值。

我试图找出一种方法来防止编译器缓存线程局部变量的地址，而volatile 的深度不够。是否有任何技巧（最好是标准的，可能是 GCC 特定的）来防止缓存线程局部变量的地址？

Answer 1

无法将用户级上下文切换与 TLS 配对。即使使用原子和完整的内存栅栏，缓存地址似乎也是合理的优化，因为 thread_local 变量是文件范围的静态变量，编译器假定它不能移动。 （不过，也许一些编译器仍然对编译器内存屏障很敏感，例如 std::atomic_thread_fence 和 asm volatile ("" : : : "memory");）

cilk-plus 使用the same technique 如您所述实现“继续窃取”，当不同的线程可以在同步点之后继续执行时。他们explicitly discourage 在 Cilk 程序中使用 TLS。相反，他们建议使用“超对象”——Cilk 的一个特殊功能，它替代了 TLS（并且还提供了串行/确定性连接语义）。另请参阅 Cilk 开发人员 presentation 关于 thread_local 和并行性。

此外，当Fibers（相同的轻量级上下文切换）正在使用时，Windows 提供 FLS（光纤本地存储）作为 TLS 替代品。