【Linux】线程安全与可重入函数

左手的ㄟ右手 2022-07-12 13:10 169阅读 0赞

**【Linux学习】：**在Linux的一段时间学习中，刚开始是模糊的，所以很久没有进行博客的整理，直到最近自己把Linux的学习从前往后回忆与联系清楚了，觉得是时候整理成博客，变为自己的学习笔记了，先从线程安全和可重入函数整理，一方面是趁热打铁，另一方面是在这篇博客中，其实嵌套着前面的学习！

--------------------

**第一部分：** **线程安全**

最直接的概念，不管是从网上查阅资料还是书上看到的，都会有这么一句：**一般来说，一个函数是线程安全的， 当且仅当被多个并发线程反复调用，结果一直是正确的；反之就是不安全的；**

一般，我们定义四类线程不安全函数：

1、不保护共享变量的函数；  
2、函数状态随着调用改变的函数；  
3、返回指向静态变量指针的函数；  
4、调用线程不安全函数的函数

：通过对线程安全的定义和对线程安全的判定条件，我们可以想到的就是操作系统中学到的锁的概念，为什么要对临界资源加锁，就是因为线程安全的问题，因为同一进程中的多进程是在同一个地址空间运行的，而多个线程共享的资源就很多了，全局变量，静态变量就是共享的资源，那么如果不对共享资源的访问进行加锁的话，多线程的访问可能会造成错误甚至严重的后果（下面举例说明），那么，含有全局变量的这个函数就是线程不安全的；多个线程之间私有的是各个线程的运行的上下文信息和私有栈，也就是说局部变量不会影响线程安全；

**代码说明线程安全问题（LINUX）：**  
比如说，不安全函数条件1，不对全局变量进行保护，我们有两个线程，我们希望一个线程将count加到500，然后另一个线程继续进行count++，我们希望的结果是1000；

代码：  
![这里写图片描述][SouthEast]

：多运行几次你就会发现，会出现结果不是1000的情况，那么这个函数就不是线程安全的；

代码编写时的注意点：

1.  要验证确实是不同的线程进行了操作，可以使用pthread\_self()函数获取线程的tid；
2.  有时候，我们会把fun函数编写为下面这样，我们发现运行多少次结果都是1000；

void* fun(void* arg)
    {
        int i = 0;
        while(i < 500)
        {
            ++i;
            ++count;
            printf("count : %d\n",count);
        }
    }

上面这种写法看不出来效果的原因是：因为当前只有这两个进程，++count 体现不出来效果，如果有十几个线程的话，就可以看出来了;

在这里加入一个小知识，也是一道面试题：i++是原子操作吗？

答案是：no ，i++的操作变成汇编的话其实是三个动作：

1.从内存将数据加入寄存器  
2.寄存器自加；  
3.数据写会内存；

所以不是原子的，在上面的三个动作随时会被切出去；  
至于++i，也不是原子的，但是具体的和底层实现有关！；

所以我们定义一个tmp呢，正是为了干扰，将线程不安全体现出来，比如线程1将count加到52的时候，刚用tmp保存了count的值，然后被切出去，进程2又执行count加到200，然后又切到线程1，接下来线程1执行 count = tmp + 1，注意：线程1此时的tmp==52，所以count又被改回去了，这样两个线程之间就产生了干扰，也就是线程不安全；

上面的例子是对全局变量的多线程访问的举例，多个线程运行同一份函数的时候，不能保证每次的运行结果都是预期的。我们知道线程安全是希望多个线程对同一区域进行访问，结果是预期的；

总而言之，线程安全就是多线程对共享资源的访问保持互斥与同步的同时，仍然可以确保每次的结果都是正确的；

--------------------

**第二部分： 重入函数**

定义：可重入函数主要用于多任务环境中，一个可重入的函数简单来说就是可以被中断的函数，也就是说，可以在这个函数执行的任何时刻中断它，转入OS调度下去执行另外一段代码，而返回控制时不会出现什么错误；而不可重入的函数由于使用了一些系统资源，比如全局变量区，中断向量表等，所以它如果被中断的话，可能会出现问题，这类函数是不能运行在多任务环境下的。

举个例子：比如一个执行流正在执行一个函数，而此时来了一个信号中断了函数的执行，而去执行信号的自定义动作，恰好这个自定义动作也是这个函数，如果这个信号的执行动作执行完之后，返回原执行函数后不会对原执行结果产生影响，并且不会影响全局和静态变量的话，那么这个函数就是可重入函数；

可重入函数就不 列代码的例子了；  
总之，线程安全的函数一定是可重入的；

[SouthEast]: /images/20220710/0acda0eafacb431a93f3dd71e88e6880.png