为什么线程本地存储不使用页表映射来实现？

我希望使用 C++11thread_local将非常频繁地访问的每线程布尔标志的关键字。

然而，大多数编译器似乎都使用一个表来实现线程本地存储，该表将整数 ID（槽）映射到当前线程上的变量地址。此查找将发生在性能关键的代码路径内，因此我对其性能有一些担忧。

我期望实现线程本地存储的方式是根据线程分配由不同物理页支持的虚拟内存范围。这样，访问该标志的成本与任何其他内存访问的成本相同，因为 MMU 负责映射。

为什么主流编译器都不以这种方式利用页表映射？

我想我可以实现我自己的“特定于线程的页面”mmap在 Linux 和VirtualAlloc在 Win32 上，但这似乎是一个非常常见的用例。如果有人知道现有或更好的解决方案，请向我指出。

我也考虑过存储std::atomic<std::thread::id>在每个对象内代表活动线程，但分析显示检查std::this_thread::get_id() == active_thread相当昂贵。

在 Linux/x86-64 上，线程本地存储是通过特殊的段寄存器实现的%fs (per x86-64 ABI https://software.intel.com/sites/default/files/article/402129/mpx-linux64-abi.pdf第 23 页...）

所以下面的代码（我使用C + GCC扩展__thread语法，但与C++11相同thread_local)

__thread int x;
int f(void) { return x; }

被编译（与gcc -O -fverbose-asm -S) into:

         .text
 .Ltext0:
         .globl  f
         .type   f, @function
 f:
 .LFB0:
         .file 1 "tl.c"
         .loc 1 3 0
         .cfi_startproc
         .loc 1 3 0
         movl    %fs:x@tpoff, %eax       # x,
         ret
         .cfi_endproc
 .LFE0:
         .size   f, .-f
         .globl  x
         .section        .tbss,"awT",@nobits
         .align 4
         .type   x, @object
         .size   x, 4
 x:
         .zero   4

因此，与您担心的相反，在 Linux/x86-64 上访问 TLS 非常快。它并不完全作为一个表来实现（而是由内核和运行时管理%fs段寄存器指向线程特定的内存区域，编译器和链接器管理那里的偏移量）。然而，老pthread_getspecic http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/009695399/functions/pthread_setspecific.html确实通过了一个表，但是一旦你有了 TLS，几乎就没用了。

BTW, 根据定义, all threads http://en.wikipedia.org/wiki/Thread_%28computing%29在相同的process http://en.wikipedia.org/wiki/Process_%28computing%29分享相同的地址空间 http://en.wikipedia.org/wiki/Address_space in 虚拟内存 http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_memory，因为一个进程有自己的单一地址空间 http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_memory. (see /proc/self/maps等等...看看proc(5) http://man7.org/linux/man-pages/man5/proc.5.html了解更多关于/proc/，并且mmap(2) http://man7.org/linux/man-pages/man2/mmap.2.html; C++11线程库基于pthreads https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads这是使用实现的clone(2) http://man7.org/linux/man-pages/man2/clone.2.html）。所以“线程特定的内存映射”是一个矛盾：一旦一个任务（由内核调度程序运行的东西）拥有自己的地址空间，它就被称为进程（而不是线程）。的定义特征threads https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/#Thread在同一进程中是共享一个公共地址空间（以及一些其他实体，例如文件描述符）。