如何使用克隆系统调用分配新的 TLS 区域答案

【问题标题】：How to allocate a new TLS area with clone system call如何使用克隆系统调用分配新的 TLS 区域
【发布时间】：2014-07-04 05:37:57
【问题描述】：

简短版问题：如果我想为我正在创建的线程分配一个新的 TLS 区域，我需要将什么参数传递给 x86_64 Linux 系统上的clone 系统调用。

加长版：

我正在做一个研究项目，对于我正在试验的东西，我想使用clone 系统调用而不是pthread_create 创建线程。但是，我也希望能够使用线程本地存储。我现在不打算创建很多线程，所以我可以为使用 clone 系统调用创建的每个线程创建一个新的 TLS 区域。

我正在查看 clone 的手册页，其中包含有关 TLS 参数标志的以下信息：

CLONE_SETTLS (since Linux 2.5.32)
   The newtls argument is the new TLS (Thread Local Storage) descriptor.
   (See set_thread_area(2).)

所以我查看了set_thread_area 的手册页，并注意到以下内容看起来很有希望：

 When  set_thread_area()  is  passed  an  entry_number  of -1, it uses a 
 free TLS entry. If set_thread_area() finds a free TLS entry, the value of
 u_info->entry_number is set upon return to show which entry was changed.

但是，在尝试了一些之后，我的系统中似乎没有实现set_thread_area（x86_64 平台上的 Ubunut 10.04）。当我运行以下代码时，我收到一条错误消息：set_thread_area() failed: Function not implemented

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h> 
#include <sys/syscall.h>
#include <sys/types.h>
#include <linux/unistd.h>

 #include <asm/ldt.h>

int main()
{
  struct user_desc u_info;
  u_info.entry_number = -1; 
  int rc = syscall(SYS_set_thread_area,&u_info);
  if(rc < 0) {
    perror("set_thread_area() failed");
    exit(-1);
  }

  printf("entry_number is %d",u_info.entry_number);
}

我还看到，当我使用 strace 时，看看调用 pthread_create 时会发生什么，我没有看到对 set_thread_area 的任何调用。我也一直在查看 nptl pthread 源代码，试图了解它们在创建线程时做了什么。但我还没有完全理解它，我认为它比我想要做的更复杂，因为我不需要在 pthread 实现中那么健壮的东西。我假设set_thread_area 系统调用适用于x86，并且x86_64 使用了不同的机制。但目前我无法弄清楚它是什么，所以我希望这个问题能帮助我对我需要查看的内容有所了解。

【问题讨论】：

标签： linux pthreads system-calls

【解决方案1】：

我正在做一个研究项目，对于我正在试验的东西，我想使用 clone 系统调用而不是使用 pthread_create 创建线程

在非常不太可能的情况下，您的新线程从调用任何 libc 函数（直接或通过调用其他调用 libc 的函数；这还包括动态符号解析通过 PLT），然后您可以将所需的任何 TLS 存储作为 new_tls 参数传递给clone。

您应该忽略所有对set_thread_area 的引用——它们仅适用于 32 位/ix86 情况。

如果你打算计划在你新创建的线程中使用 libc，你应该放弃你的方法：libc期望TLS以某种方式设置，当您直接致电clone 时，您无法安排此类设置。当libc 发现您没有正确设置 TLS 时，您的新线程将间歇性崩溃。调试此类崩溃非常困难，唯一可靠的解决方案是......使用pthread_create。

【讨论】：

感谢您提供的信息，是的，我确实计划调用 libc。出于好奇，libc 将 TLS 区域用于什么用途？此外，由于可能有不使用 pthread_create（单线程）的程序，在这种情况下会发生关于设置 libc 需要使用的 TLS 区域的情况。
libc 用它来做一些事情：用于进行加速系统调用 (x86) 的函数指针、堆栈金丝雀（如果使用堆栈保护器）、pid 缓存（由 getpid 使用）、tid 缓存（用于识别锁的所有者） ), errno (这是线程本地的)。我敢肯定还有更多我没有想到的用途。

【解决方案2】：

另一个答案是绝对正确的，因为在 libc 控制之外设置线程肯定会在某个点造成麻烦。你可以做到，但你不能再依赖 libc 的服务，绝对不能依赖任何 pthread_* 函数或线程局部变量（使用 __thread 或 thread_local 定义）。

话虽如此，即使在 x86-64 上，您也可以设置用于 TLS（GS 和 FS）的段寄存器之一。要查找的系统调用是prctl(ARCH_SET_GS, ...)。

您可以在this piece of code 中查看比较在 i386 和 x86-64 上设置 TLS 寄存器的示例。

【讨论】：