Linux下线程安全与可重入函数

本文参考《深入理解计算机系统》原书第三版第12章 并发编程
1 线程安全的概念
   一个函数被称为线程安全的（thread-safe），当且仅当被多个并发线程反复调用时，它会一直产生正确的结果。如果一个函数不是线程安全的，我们就说它是线程不安全的（thread-unsafe）。
2 四个线程不安全的函数类
  1) 不保护共享变量的函数。当我们定义一个全局变量，然后创建多个线程进行对其进行++操作，如果我们不对这个变量进行类似P和V的操作进行保护，就会得到一些意料之外的结果。因为++操作并不是原子性的，该操作需要多行汇编代码实现。所以要进行保护才能对其正确操作。优点：不需要修改调用程序，缺点：使执行速率变慢。
  2) 保持跨越多个调用的状态的函数。多个线程调用这个函数，导致我们无法获得想要的数据。例如rand函数是线程不安全的，因为它当前调用的结果依赖于前次调用的中间结果。当多线程调用时，我们便无法获取一个预期的随机序列。解决方法：重写这个函数，使这个函数不依赖static数据，依赖调用者的传参。缺点：麻烦，易出错。
  3) 返回指向静态变量的函数。例如ctime函数，将计算结果存储在一个static变量中，然后返回一个指向这个变量的指针。当多线程调用时会把另一个线程产生的数据覆盖掉。 解决办法：重写这个函数，不共享变量，储存介质由使用者提供；或者使用加锁-复制技术，对需要调用的函数，以及复制的函数（将调用函数的结果复制到一个私有变量）进行加锁。
  4) 调用线程不安全的函数。假设当前进程为f，当其调用一个线程不安全的函数时，那么它是安全的吗？当调用为 2) 时，它必不安全，只能修改源函数；当调用1)或3)时，只要对1)或3)进行加锁复制，那么它就是安全的。
3 可重入函数
  当它们被多个线程调用时，不会引用任何共享数据，这就是可重入函数。可重入函数允许运行中途被打断，而不可重入函数打断后，便不可以得到正确的结果。
  1) 显示可重入函数。如果所有函数的参数都是传值传递的（没有指针），并且所有的数据引用都是本地的自动栈变量（也就是说没有引用静态或全局变量），那么函数就是显示可重入的，也就是说不管它被如何调用，我们都可断言它是可重入的.
  2) 隐式可重入函数。允许显示可重入函数中的一些参数是引用传递（传指针），便可得到一个隐式可重入函数。也就是说，如果在调用线程小心地传递指向非共享数据的指针时，它是可重入的。
  可重入函数的特点：不适用全局或静态变量，如果使用，需要进行复制保护。不开辟堆上的空间。
4 线程安全与可重入函数的关系
  关系如下图：