GCC 的 TSAN 报告了线程安全静态本地的数据争用

GCC's TSAN reports a data race with a thread safe static local

本文关键字：争用 静态 数据 线程 TSAN 报告 GCC 安全      更新时间：2023-10-16

我写了下面的玩具例子：

std::map<char, size_t> getMap(const std::string& s)
{
    std::map<char, size_t> map;
    size_t i = 0;
    for (const char * b = s.data(), *end = b + s.size(); b != end; ++b)
    {
        map[*b] = i++;
    }
    return map;
}
void check(const std::string& s)
{
    //The creation of the map should be thread safe according to the C++11 rules.
    static const auto map = getMap("12abcd12ef");
    //Now we can read the map concurrently.
    size_t n = 0;
    for (const char* b = s.data(), *end = b + s.size(); b != end; ++b)
    {
        auto iter = map.find(*b);
        if (iter != map.end())
        {
            n += iter->second;
        }
    }
    std::cout << "check(" << s << ")=" << n << std::endl;
}
int main()
{
    std::thread t1(check, "abc");
    std::thread t2(check, "def");
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

根据C++11标准，这不应该包含任何数据竞赛(参见这篇文章(。

然而，带有 gcc 4.9.2 的 TSAN 报告了数据竞争：

==================
WARNING: ThreadSanitizer: data race (pid=14054)
  Read of size 8 at 0x7f409f5a3690 by thread T2:
    #0 TestServer::check(std::string const&) <null>:0 (TestServer+0x0000000cc30a)
    #1 std::thread::_Impl<std::_Bind_simple<void (*(char const*))(std::string const&)> >::_M_run() <null>:0 (TestServer+0x0000000cce37)
    #2 execute_native_thread_routine ../../../../../gcc-4.9.2/libstdc++-v3/src/c++11/thread.cc:84 (libstdc++.so.6+0x0000000b5bdf)
  Previous write of size 8 at 0x7f409f5a3690 by thread T1:
    #0 TestServer::getMap(std::string const&) <null>:0 (TestServer+0x0000000cc032)
    #1 TestServer::check(std::string const&) <null>:0 (TestServer+0x0000000cc5dd)
    #2 std::thread::_Impl<std::_Bind_simple<void (*(char const*))(std::string const&)> >::_M_run() <null>:0 (TestServer+0x0000000cce37)
    #3 execute_native_thread_routine ../../../../../gcc-4.9.2/libstdc++-v3/src/c++11/thread.cc:84 (libstdc++.so.6+0x0000000b5bdf)
  Location is global 'TestServer::check(std::string const&)::map' of size 48 at 0x7f409f5a3680 (TestServer+0x00000062b690)
  Thread T2 (tid=14075, running) created by main thread at:
    #0 pthread_create ../../../../gcc-4.9.2/libsanitizer/tsan/tsan_interceptors.cc:877 (libtsan.so.0+0x000000047c03)
    #1 __gthread_create /home/Guillaume/Compile/objdir/x86_64-unknown-linux-gnu/libstdc++-v3/include/x86_64-unknown-linux-gnu/bits/gthr-default.h:662 (libstdc++.so.6+0x0000000b5d00)
    #2 std::thread::_M_start_thread(std::shared_ptr<std::thread::_Impl_base>) ../../../../../gcc-4.9.2/libstdc++-v3/src/c++11/thread.cc:142 (libstdc++.so.6+0x0000000b5d00)
    #3 TestServer::main() <null>:0 (TestServer+0x0000000ae914)
    #4 StarQube::runSuite(char const*, void (*)()) <null>:0 (TestServer+0x0000000ce328)
    #5 main <null>:0 (TestServer+0x0000000ae8bd)
  Thread T1 (tid=14074, finished) created by main thread at:
    #0 pthread_create ../../../../gcc-4.9.2/libsanitizer/tsan/tsan_interceptors.cc:877 (libtsan.so.0+0x000000047c03)
    #1 __gthread_create /home/Guillaume/Compile/objdir/x86_64-unknown-linux-gnu/libstdc++-v3/include/x86_64-unknown-linux-gnu/bits/gthr-default.h:662 (libstdc++.so.6+0x0000000b5d00)
    #2 std::thread::_M_start_thread(std::shared_ptr<std::thread::_Impl_base>) ../../../../../gcc-4.9.2/libstdc++-v3/src/c++11/thread.cc:142 (libstdc++.so.6+0x0000000b5d00)
    #3 TestServer::main() <null>:0 (TestServer+0x0000000ae902)
    #4 StarQube::runSuite(char const*, void (*)()) <null>:0 (TestServer+0x0000000ce328)
    #5 main <null>:0 (TestServer+0x0000000ae8bd)
SUMMARY: ThreadSanitizer: data race ??:0 TestServer::check(std::string const&)
==================

这是怎么回事？

  • 是越野车吗？(当我使用Clang的工具链时，我没有得到数据竞争报告(
  • GCC 是否发出非线程安全的代码？(我没有使用 -fno-threadsafe-statics(
  • 我对静态局部变量的理解不正确吗？

是越野车吗？(当我使用Clang的工具链时，我没有得到数据竞争报告( GCC 是否发出非线程安全的代码？(我没有使用-fno-threadsafe->statics( 我对静态局部变量的理解不正确吗？

我相信这是gcc为tsan目的生成代码的部分的错误。

我试试这个：

#include <thread>
#include <iostream>
#include <string>
std::string message()
{
    static std::string msg("hi");
    return msg;
}
int main()
{
    std::thread t1([]() { std::cout << message() << "n"; });
    std::thread t2([]() { std::cout << message() << "n"; });
    t1.join();
    t2.join();
}

如果看看clang和gcc生成的代码，都很好， 在这两种情况下，都会为初始化静态局部变量的路径调用 __cxa_guard_acquire。但是，如果检查我们是否需要初始化msg，我们会遇到问题。

代码如下所示

if (atomic_flag/*uint8_t*/) {
  lock();
  call_constructor_of_msg();
  unlock();
}

在生成clang callq __tsan_atomic8_load的情况下，但在gcc的情况下，它会产生callq __tsan_read1.请注意，此调用注释实际内存操作，不自己做操作。

所以它在运行时tsan运行时库认为一切都不好，我们有数据竞赛，我在这里报告问题：

https://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=68338

看起来它固定在主干中，但不是在 GCC - 5.2 的当前稳定版本中

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