线程局部存储实现方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种线程局部存储实现方法和装置。涉及计算机领域；解决了ＴＬＳ实现过程中系统内在访问压力大和工作效率低的问题。该方法包括：从处理器的通用寄存器中，选择至少一个通用寄存器作为ＴＬＳ寄存器；通过专用操作命令管理所述ＴＬＳ寄存器。本发明专利技术提供的技术方案，适用于多线程执行环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机领域，尤其涉及一种线程局部存储(Thread Local Storage，简 称TLS)实现方法和装置。
技术介绍
线程局部存储是多线程执行环境中，用于保存线程私有数据的存储区域。多线程 技术是为了同步完成多个任务，其中多个任务以更加灵活的方式来运行，通过提高资源的 使用效率来提高系统的效率。如网络编程中，当监听到外部连接请求时，主线程会首先产 生一个新线程，由新线程来处理具体的数据收发和数据包的解析；而主线程自身则继续监 听数据的收发。如果我们使用单线程来实现数据的监听和收发，由于代码的顺序执行，当线 程在进行数据收发时就不能处理外部连接请求。此时网卡缓冲区中填满了数据，但其没有 得到处理器的响应，那么网卡无法继续工作。显然，用多线程来实现网络请求的监听和数据 收发，即使CPU在处理数据收发，仍能被打断并在响应网络请求后继续处理数据收发。这样 让计算机系统中的多个部件在同一时刻都处于工作状态，以提高系统的效率。多个线程在执行时往往需要保存线程私有数据。如线程在调用库函数，库函数返 回时会对errno变量进行设置，表示该调用是否成功。当多个线程均会调用库函数时，需要 为每个线程提供一个私有的数据存储区域，以保errno变量仅仅代表本线程调用库函数的 结果，而不是表示整个进程中库函数的调用结果。如果errno是全局变量，那么某个线程读 取errno时很可能会获取到其它线程调用库函数的结果，导致程序执行错误。目前，许多系统通过在硬件上增加特殊的存储结构和特殊的指令来实现TLS。譬 如ARM中增加了 TLS寄存器，并加入了相应的协处理器指令，可以直接对TLS寄存器进行 访问，即线程的私有数据都是存储在TLS寄存器所指向的一片内存中。X86体系结构使用 LDT中的一个表项来存放线程的TLS。此外，在某些未加入特殊硬件支持的处理器中，还可以通过纯软件的方式来实现 TLS0例如在每个线程创建之初，由库函数通过操作系统提供的API为每个线程开辟一段 固定的存储空间，并由进程统一维护这些地址空间。当一个线程需要获取TLS中存放数据 的时，首先需要通过线程号索引线程私有存储空间的基地址，然后再用偏移加基地址的方 式访问私有数据。
技术实现思路
本专利技术提供了一种TLS实现方法和装置，解决了 TLS实现过程中系统内在访问压 力大和工作效率低的问题。一种TLS实现方法，包括从处理器的通用寄存器中，选择至少一个通用寄存器作为TLS寄存器；通过专用操作命令管理所述TLS寄存器。进一步的，所述专用操作命令包括写入命令(set_tls)和读取命令(get_tls)，所3述写入命令用于向所述TLS寄存器写入数据，所述读取命令用于从所述TLS寄存器读取数 据。进一步的，所述通过专用操作命令管理所述TLS寄存器包括通过所述写入命令将当前线程的线程私有数据写入所述TLS寄存器；通过所述读取命令从所述TLS寄存器中读取当前线程的线程私有数据。进一步的，上述TLS实现方法还包括在当前线程换出或进行异常处理时，从所述TLS寄存器中读取所述当前线程的线 程私有数据，将所述当前线程的线程私有数据存储在该线程对应的线程控制块中。进一步的，上述TLS实现方法还包括在线程恢复时，读取所述线程的线程控制块中存储的线程私有数据，将所述线程 私有数据写入所述TLS寄存器中。本专利技术还提供了一种TLS实现装置，包括寄存器指定模块，用于从处理器的通用寄存器中，选择至少一个通用寄存器作为 TLS寄存器；TLS管理模块，用于通过专用操作命令管理所述TLS寄存器。进一步的，所述专用操作命令包括写入命令和读取命令，所述写入命令用于向所 述TLS寄存器写入数据，所述读取命令用于从所述TLS寄存器读取数据，所述TLS管理模块 包括写入单元，用于通过所述写入命令将当前线程的线程私有数据写入所述TLS寄存 器；读取单元，用于通过所述读取命令从所述TLS寄存器中读取当前线程的线程私有 数据。进一步的，上述TLS实现装置还包括数据转移模块，用于在当前线程换出或进行异常处理时，从所述TLS寄存器中读 取所述当前线程的线程私有数据，将所述当前线程的线程私有数据存储在该线程对应的线 程控制块中。进一步的，所述数据转移模块，还用于在线程恢复时，读取所述线程的线程控制块 中存储的线程私有数据，将所述线程私有数据写入所述TLS寄存器中。本专利技术提供的TLS实现方法和装置，本专利技术的主要思想是选择一个通用寄存器作 为TLS寄存器，通过专用操作命令管理所述TLS寄存器，不需要添加额外的硬件寄存器，也 不需要占用计算机系统内存，解决了 TLS实现过程中系统内在访问压力大和工作效率低的 问题。附图说明图1为本专利技术的实施例的应用环境示意图；图2为本专利技术的实施例一提供的一种TLS实现方法的流程图；图3为本专利技术的实施例中寄存器使用情况示意图；图4为本专利技术的实施例二提供的一种TLS实现方法的流程图；图5为本专利技术的实施例提供的一种TLS实现装置的结构示意图6为图5中TLS管理模块的结构示意图；图7为本专利技术的又一实施例提供的一种TLS实现装置的结构示意图。 具体实施例方式纯软件实现TLS的方式需要调用额外的库函数，并且需要额外地维护每个线程的 私有存储区域；相比之下，具有硬件支持的处理器，可直接从寄存器中读取TLS的基地址， 并通过偏移访问线程局部数据。所以，具有硬件支持的TLS机制，可以减少通过线程号索引 线程局部存储空间的开销，免除进程对这些线程局部地址空间的维护。此外直接对寄存器 进行访问，也能够一定程度上减少内存的访问压力。虽然具有特殊硬件支持的TLS机制，能够减少TLS操作时的开销，但是需要专有的 存储结构和特殊的操作指令，即需要修改体系结构加入相应的硬件逻辑。所以，一些较老的 体系结构，无法有效地直接使用硬件TLS机制保证多线程执行环境的高效性。为了解决软件实现TLS时内存访问压力大和硬件实现TLS时系统工作效率低的问 题，本专利技术的实施例提供了一种TLS实现方法。下面结合附图，对本专利技术的实施例提供的一种TLS实现方法进行详细介绍。图1所示为本专利技术的实施例的应用环境，包括编译器101，TLS寄存器102，应用程序103，操作系统104以及由set_tls和get_ tls组成的对TLS进行操作的TLS库函数105。其中，TLS寄存器为处理器的一个通用寄存器。操作系统104和处理器107共同 对上下文106进行管理，如上下文切换等。应用程序103工作在两种不同类型的系统接口上首先应用程序103可以使用库 函数105 (BP set_tls和get_tls)，直接作用于处理器107并访问与TLS寄存器102 ；其次， 应用程序103通过库函数封装的API，并利用操作系统内核的上下文保存机制，将TLS的值 保存于线程控制块中。本专利技术的实施例一提供了一种TLS实现方法，无需添加额外的硬件TLS寄存器，利 用现有的硬件资源，为计算机系统提供了灵活、高效的线程局部数据存储机制。结合上述应用环境，使用本专利技术实施例一提供的TLS实现方法在计算机系统中实 现TLS的流程如图2所示，包括步骤201、从处理器的通用寄存器中，选择至少一个通用寄存器作为TLS寄存器；本专利技术实施例中，处理器的通用寄存器具有多种用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线程局部存储实现方法，其特征在于，包括：从处理器的通用寄存器中，选择至少一个通用寄存器作为线程局部存储（ＴＬＳ）寄存器；通过专用操作命令管理所述ＴＬＳ寄存器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程旭，管雪涛，钟祺，吴栋霞，高海斌，
申请(专利权)人：北京北大众志微系统科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]