可重入函数，线程安全函数与异步信号安全函数

Posted 2022-07-15 贺二公子

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Reentrancy、Thread-safe、Async-signal-safe
以前写C代码，**多核多线程下时，要注意函数的可重入性，保证线程安全，**即多个线程同时调用到此函数，其结果是可预期的（固定输入，固定输出），全局变量的使用需要注意加锁，线程函数中写操作必须要加锁，读操作则看实际情况来定，如果能确认业务整体逻辑上能保证写和读是有严格时序的，不需要对读进行加锁（比如写只在模块最开始初始化时完成，其他地方只是使用，不会修改，则可以读取时不需要锁）。

源于《Unix系统高级编程》一书中12.6章节示例结尾点评部分提到示例函数虽然是线程安全的，但因为调用了malloc函数，不是异步信号安全（Async-signal-safe）的，不能在信号处理句柄中使用，对此很是不解，一番搜索查询，才有所明白。
示例函数如下

char * getenv(const char *name)

    int i, len;
    char *envbuf;
    pthread_once(&init_done, thread_init);
    pthread_mutex_lock(&env_mutex);
    envbuf = (char *)pthread_getspecific(key);
    if (envbuf == NULL) 
        envbuf = malloc(MAXSTRINGSZ);
        if (envbuf == NULL) 
            pthread_mutex_unlock(&env_mutex);
            return(NULL);
        
        pthread_setspecific(key, envbuf);
    
    len = strlen(name);
    for (i = 0; environ[i] != NULL; i++) 
        if ((strncmp(name, environ[i], len) == 0) &&
            (environ[i][len] == ’=’)) 
            strncpy(envbuf, &environ[i][len+1], MAXSTRINGSZ-1);
            pthread_mutex_unlock(&env_mutex);
            return(envbuf);
        
    
    pthread_mutex_unlock(&env_mutex);
    return(NULL);

Note that although this version of getenv is thread-safe, it is not async-signal safe.
Even if we made the mutex recursive, we could not make it reentrant with respect to
signal handlers because it calls malloc, which itself is not async-signal safe.

• 可重入，简而言之，就是多核CPU系统能够同时多次调用该函数进行处理，且每次调用函数处理是可预期的（固定输入，固定输出）。

• 线程安全，简而言之，多个线程同时调用该函数，其处理结果总是可以预期的（固定输入，固定输出）

• 异步信号安全与系统处理信号signal句柄机制有关系。当信号发生时，系统会打断正在进行的指令执行，跳转至信号句柄指令开始执行，由于信号发生是异步的，程序执行过程中可能被任何时候的产生信号所打断，如果信号处理函数中调用了锁操作或者全局变量写操作，很有可能产生死锁或者未知行为（因为可能出现锁还未释放的情况下，信号发生；其他线程正在在修改完全局变量后，即使有锁保护，由于信号发生不可预期，句柄函数的修改会导致对应全局变量的结果无法预期）

• malloc函数本身是线程安全的，系统调用时存在全局的heap
  lock（堆内存锁，保证堆内存分配时的一致连续性），信号句柄中使用malloc函数时，有可能会发生在主程序调用malloc时，但还未结束，heap
  lock还未释放，被信号所中断，再次调用malloc函数，就会出现同一线程对heap lock连续两次锁，即会出现死锁 deadlock