スレッドローカルストレージ(TLS)その2
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int get_thread_area(struct user_desc *u_info)はu_info->entry_numberで指定するTLSディスクリプタテーブルを返します。各プロセスのTLSディスクリプタは、プロセスディスクリプタのthread.tls_array[]に有しています。（プロセス切り替え毎に、これをGDTに設定します。）do_get_thread_area()は、fill_user_desc()をコールして、取得したTLSディスクリプタテーブルをユーザ引数のu_infoに設定しているだけです。
int do_get_thread_area(struct task_struct *p, int idx,
struct user_desc __user *u_info)
{
struct user_desc info;
if (idx == -1 && get_user(idx, &u_info->entry_number))
return -EFAULT;
if (idx < GDT_ENTRY_TLS_MIN || idx > GDT_ENTRY_TLS_MAX)
return -EINVAL;
fill_user_desc(&info, idx,
&p->thread.tls_array[idx - GDT_ENTRY_TLS_MIN]);
if (copy_to_user(u_info, &info, sizeof(info)))
return -EFAULT;
return 0;
}
fill_user_desc()はstruct desc_structからstruct user_descに再編集しているだけです。
static void fill_user_desc(struct user_desc *info, int idx,
const struct desc_struct *desc)
{
memset(info, 0, sizeof(*info));
info->entry_number = idx;
info->base_addr = get_desc_base(desc);
info->limit = get_desc_limit(desc);
info->seg_32bit = desc->d;
info->contents = desc->type >> 2;
info->read_exec_only = !(desc->type & 2);
info->limit_in_pages = desc->g;
info->seg_not_present = !desc->p;
info->useable = desc->avl;
#ifdef CONFIG_X86_64
info->lm = desc->l;
#endif
}
struct desc_structは以下のフォーマットをしていて、CPUのフォーマットに準じています。（ちなみに、たぶん以下のような感じ・・・）| limit0 | サイズ |
| base0 | ベースアドレス |
| base1 | ベースアドレス |
| type | セグメントの種類(読み出し/読み書き/実行用とか) |
| s | セグメントかそうでないか（ゲートなんかがあります。） |
| dpl特権レベル | |
| p | セグメントがメモリが存在する。スワップはページ単位のためlinuxでは常に1 |
| avl | Linuxでは使用していない |
| l | ？ |
| d | |
| g | セグメントサイズは4K倍される |
| base2 | ベースアドレス |
struct desc_struct {
union {
struct {
unsigned int a;
unsigned int b;
};
struct {
u16 limit0;
u16 base0;
unsigned base1: 8, type: 4, s: 1, dpl: 2, p: 1;
unsigned limit: 4, avl: 1, l: 1, d: 1, g: 1, base2: 8;
};
};
} __attribute__((packed));
gccでTLSを使った時の、それぞれのスレッドのディスクリプタテーブルを、do_get_thread_area()で調べて見ました。ところでget_thread_area()はglibでインプリメントされていません。本システムコールの使用に当たってはsyscall()で行う必要があります。下記サンプルはベースアドレス、セグメントサイズ、Gビット(limit_in_pagesに設定される。)、および変数のリニアアドレスを表示しています。（論理アドレスとリニアアドレスですが、セグメントとそのオフセットの構成を論理アドレス、それをセグメントのベースからのオフセットをリニアアドレスと理解していますが・・・）
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <linux/unistd.h>
#include <asm/ldt.h>
#include <sys/syscall.h>
__thread int a = 0;
int b = 0;
void *func(void *arg)
{
int i;
struct user_desc u_info;
for (i = 6; i <=8; i++) {
u_info.entry_number = i;
syscall(SYS_get_thread_area, &u_info);
printf("base=%x limit=%x g=%d off1=%x 0ff2=%x\n",
u_info.base_addr, u_info.limit, u_info.limit_in_pages, &a, &b);
}
}
int main()
{
pthread_t tid0, tid1;
pthread_create(&tid0, NULL, func, NULL);
pthread_create(&tid1, NULL, func, NULL);
pthread_join(tid0, NULL);
pthread_join(tid1, NULL);
}
[root@localhost kitamura]# ./a.out
base=b770ab70 limit=fffff g=1 off1=b770ab6c 0ff2=8049894
base=0 limit=0 g=0 off1=b770ab6c 0ff2=8049894
base=0 limit=0 g=0 off1=b770ab6c 0ff2=8049894
base=b6d09b70 limit=fffff g=1 off1=b6d09b6c 0ff2=8049894
base=0 limit=0 g=0 off1=b6d09b6c 0ff2=8049894
base=0 limit=0 g=0 off1=b6d09b6c 0ff2=8049894
上記の結果から、gccではGDTテーブルの6番目（セグメントで言えば6×8となります。）をスレッド共通に使っています。なお、TLSディスクリプタテーブルのベースは0でなく（てっきり0と思っていました。）、スレッド毎に異なっています。従ってその__thread int aのリニアアドレスは異なっています。ただし論理アドレスでのオフセットは全てのスレッドで同じです。Gビットは1ですから、４G 空間をアクセス出来ることになるのですが、４Gの配列でテストしてみたらコンパイラで跳ねられました。
