errno

Linuxのユーザーランドで、gcc 4.4、glibc-2.11.1のamd64対応64ビット環境の場合、次のように定義されている。

errno.h

extern int errno;

bits/errno.h

extern int *__errno_location (void) __THROW __attribute__ ((__const__));
#define errno (*__errno_location ())

__errno_location()は、Linuxカーネルではなくglibc内に処理がある。

glibc-2.11.1/csu/errno-loc.c

__errno_location (void)
{
  return &errno;
}

glibc-2.11.1/csu/errno.c

__thread int errno;

このようにして、gccでは、errnoは間接的にスレッドローカル変数のint型として定義され、それが返されるようになっている。

Visual V++ 6.0の場合、include\ERRNO.H などで次のように定義されている。

_CRTIMP extern int * __cdecl _errno(void);
#define errno   (*_errno())

Visual C++ 10.0の場合、include\errno.h とファイル名が小文字になるが、定義内容は全く同じである。

ここで参照している _errno() の定義は不明だが、Windowsでも単なる変数ではなく関数化することでマルチスレッドに対応している。

FreeBSDのカーネルの場合、次のように実装されている。

/usr/include/errno.h(シンボリックリンクであり、実体は/usr/include/sys/errno.h)に定義されるerrnoはマクロであり、__errno()を呼び出す。

int * __error(void);
#define errno (* __error())

__errorは、/usr/src/lib/libc/sys/__error.cで定義されている(なお、以前は__error_unthreadedにvoidはなかったが、FreeBSD 9ではvoidが付いている)。

extern int errno;
__weak_reference(__error_unthreaded, __error);
int *
__error_unthreaded(void)
{
    return(&errno);
}

実際のerrno変数は、/usr/src/lib/libc/gen/errno.cで定義されている。

int errno;

スレッドライブラリlibthr用の定義は /usr/src/lib/libthr/sys/thr_error.cにある。

#undef errno
extern  int     errno;
int *
__error(void)
{
    struct pthread *curthread;
    if (_thr_initial != NULL) {
        curthread = _get_curthread();
        if (curthread != NULL && curthread != _thr_initial)
            return (&curthread->error);
    }
    return (&errno);
}

_get_curthread()はカレントのスレッド情報構造体struct pthread *を返す関数で、/usr/src/lib/libc_r/uthread/uthread_kern.cで定義されている。

つまり、マルチスレッド動作時は、スレッド情報構造体からerrnoを取り出す。このためスレッドセーフになっている。

Linuxカーネルでの errno の定義は不明。

libc/include/errno.h に定義がある。

extern volatile int*   __errno(void);
#define  errno   (*__errno())

関数は、libc/bionic/__errno.c に定義がある。

volatile int*  __errno( void )
{
  return  &((volatile int*)__get_tls())[TLS_SLOT_ERRNO];
}

TLSはThread Local Storageの略である。

まず、TLS_SLOT_ERRNO はenumであり、2である。

enum {
  TLS_SLOT_SELF = 0, /* The kernel requires this specific slot for x86. */
  TLS_SLOT_THREAD_ID,
  TLS_SLOT_ERRNO,
(コメント略)
  TLS_SLOT_OPENGL_API = 3,
(以下略)

次に、__get_tls() の定義はCPUごとに変わってくるが、KitKat時点で、一般的なARMの場合は次のとおりである。

# define __get_tls() \
    ({ register unsigned int __val; \
       asm ("mrc p15, 0, %0, c13, c0, 3" : "=r"(__val)); \
       (volatile void*) __val; })

armv6k(マルチコア)とarmv7では、cp15がTLSレジスターとなり、ここにTLSの先頭アドレスが格納される。

それ以前のARMアーキテクチャでは、カーネル空間のメモリーアドレス 0xffff0ff0 からにTLSの先頭アドレスを格納しており、__get_tls()は次のような実装であった。

#      define __get_tls() ( *((volatile void **) 0xffff0ff0) )

いずれにしても、Bionicの__get_tls()はシステムコールなどは使わず、直接アドレスを参照する実装になっていることが分かる。