Как работает gcc `__thread`?

Последние GCC, например. GCC 5 поддерживает C11 и его thread_local (при компиляции, например, с gcc -std=c11). Как прокомментировал FUZxxl, вы можете использовать (вместо C11 thread_local) квалификатор __thread, поддерживаемый более старыми версиями GCC. Прочтите о локальном хранилище потоков.

pthread_getspecific действительно довольно медленный (он находится в библиотеке POSIX, поэтому не предоставляется GCC, а, например, GNU glibc или musl-libc), поскольку он включает вызов функции. Использование переменных thread_local, скорее всего, будет быстрее.

Просмотрите исходный код файла thread/pthread_getspecific.c MUSL. для примера реализации. Прочтите этот ответ на соответствующий вопрос.

А _thread и thread_local (часто) не волшебным образом переводятся в вызовы pthread_getspecific. Обычно они включают определенный режим адресации и/или регистр (подробности зависят от реализации и связаны с ABI). ; в Linux, я думаю, поскольку x86-64 имеет больше регистров и адресных режимов, его реализация TLS быстрее, чем на i386), с помощью компилятор, компоновщик и система выполнения. Напротив, может случиться так, что некоторые реализации pthread_getspecific используют некоторые внутренние переменные thread_local (в вашей реализации потоков POSIX).

Например, компиляция следующего кода

#include <pthread.h>

const extern pthread_key_t key;

__thread int data;

int
get_data (void) {
  return data;
}

int
get_by_key (void) {
  return *(int*) (pthread_getspecific (key));
}

использование GCC 5.2 (в Debian/Sid) с gcc -m32 -S -O2 -fverbose-asm дает следующий код для get_data с использованием TLS:

  .type get_data, @function
get_data:
.LFB3:
  .cfi_startproc
  movl  %gs:data@ntpoff, %eax   # data,
  ret
.cfi_endproc

и следующий код get_by_key с явным вызовом pthread_getspecific:

get_by_key:
 .LFB4:
  .cfi_startproc
  subl  $24, %esp   #,
  .cfi_def_cfa_offset 28
  pushl key # key
  .cfi_def_cfa_offset 32
  call  pthread_getspecific #
  movl  (%eax), %eax    # MEM[(int *)_4], MEM[(int *)_4]
  addl  $28, %esp   #,
  .cfi_def_cfa_offset 4
  ret
  .cfi_endproc

Следовательно, использование TLS с __thread (или thread_local в C11), вероятно, должно быть быстрее, чем использование pthread_getspecific (избегая накладных расходов на вызов).

Обратите внимание, что thread_local — это удобный макрос, определенный в <threads.h> (стандартный заголовок C11).

__thread в gcc имеет ту же семантику, что и _Thread_local в C11. Вы не сообщаете нам, для какой платформы вы программируете, поскольку детали реализации различаются между платформами. Например, в x86 Linux gcc должен компилировать доступ к локальным переменным потока как инструкции памяти с префиксом сегмента %fs вместо вызова pthread_getspecific.