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multithreading - thread_local 会有什么性能损失？

问题描述

使用 C++11 和/或 C11 thread_local，我们是否应该预期thread_local在 x86（32 位或 64 位）Linux、Red Hat 5 或更新版本以及最近的 g++/gcc（例如，版本 4 或较新的）还是叮当声？

标签： multithreadingc++11thread-local-storage

解决方案

在带有 gcc-8.3 (options) 的 Ubuntu 18.04 x86_64 上-pthread -m{arch,tune}=native -std=gnu++17 -g -O3 -ffast-math -falign-{functions,loops}=64 -DNDEBUG，差异几乎是难以察觉的：

#include <benchmark/benchmark.h>

struct A { static unsigned n; };
unsigned A::n = 0;

struct B { static thread_local unsigned n; };
thread_local unsigned B::n = 0;

template<class T>
void bm(benchmark::State& state) {
    for(auto _ : state)
        benchmark::DoNotOptimize(++T::n);
}

BENCHMARK_TEMPLATE(bm, A);
BENCHMARK_TEMPLATE(bm, B);
BENCHMARK_MAIN();

结果：

Run on (16 X 5000 MHz CPU s)
CPU Caches:
  L1 Data 32 KiB (x8)
  L1 Instruction 32 KiB (x8)
  L2 Unified 256 KiB (x8)
  L3 Unified 16384 KiB (x1)
Load Average: 0.59, 0.49, 0.38
-----------------------------------------------------
Benchmark           Time             CPU   Iterations
-----------------------------------------------------
bm<A>            1.09 ns         1.09 ns    642390002
bm<B>            1.09 ns         1.09 ns    633963210

在 x86_64thread_local上，变量是相对于fs寄存器访问的。具有这种寻址模式的指令通常要长 2 个字节，因此理论上它们可能会花费更多时间。

在其他平台上，这取决于如何thread_local实现对变量的访问。有关更多详细信息，请参阅线程本地存储的 ELF 处理。

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