无标准库C++调用thread_local变量的类方法时为何出现段错误？

问题根因 #

你遇到的段错误是因为没有遵守x86_64 Linux平台的TLS ABI约定，缺少TCB（线程控制块）自引用字段的初始化。

x86_64 Linux的静态链接TLS实现有明确的ABI要求：fs寄存器的基址指向TCB的起始地址，而TCB偏移0的位置必须存储TCB自身的基地址（也就是fsbase寄存器的值）。

现象解释 #

• 直接读写thread_local变量的成员时，编译器会直接用fs基址 + 固定负偏移的方式寻址，不需要读取TCB的自引用字段，所以只要你把fsbase设对了，这部分操作就能正常执行，对应你代码里t1.val =7、打印Hello2的逻辑都没问题。
• 调用thread_local对象的非静态成员函数时，需要隐式传递对象的this指针，这时候编译器计算TLS对象地址的逻辑是：先从fs:0x0读取TCB自引用的值，再加上对象的固定偏移得到对象地址。你只修改了fsbase寄存器的值，但没有初始化TCB偏移0位置的自引用字段，这个位置存储的是buf的初始垃圾值，所以计算出来的this指针是非法地址，访问时触发段错误。

你贴的汇编代码也验证了这个逻辑：调用Try1::Get()前的几行指令，就是先读fs:0x0的值，再减8得到this指针存入rdi寄存器，和上面的描述完全一致。

修复方案 #

在设置完fsbase后，补充初始化TCB自引用字段即可，修改后的_start代码如下：

extern "C"
int _start()
{
    auto tls_size = 4096*2;
    auto originalFS = _readfsbase_u64();
    u64 new_fsbase = (u64)(buf+4096);
    _writefsbase_u64(new_fsbase);
    // 新增：初始化TCB自引用字段，符合ABI要求
    *(u64*)new_fsbase = new_fsbase;

    global.val = 1;
    global.Get(); //Executes fine

    sanity_check=6;
    t1.val = 7;

    my_write(1, "Hello\n", sanity_check);
    my_write(1, "Hello2\n", t1.val); //Still fine
    my_write(1, "Hello3\n", t1.Get()); // 现在可以正常执行
    my_exit(0);
    return 0;
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Eric Stotch