【Linux系統(tǒng)編程】可重入和不可重入函數(shù)

1 不可重入函數(shù)

在實(shí)時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會出現(xiàn)多個(gè)任務(wù)調(diào)用同一個(gè)函數(shù)的情況。如果有一個(gè)函數(shù)不幸被設(shè)計(jì)成為這樣：那么不同任務(wù)調(diào)用這個(gè)函數(shù)時(shí)可能修改其他任務(wù)調(diào)用這個(gè)函數(shù)的數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致不可預(yù)料的后果。這樣的函數(shù)是不安全的函數(shù)，也叫不可重入函數(shù)。

2 可重入函數(shù)

肯定有一個(gè)安全的函數(shù)，這個(gè)安全的函數(shù)又叫可重入函數(shù)。那么什么是可重入函數(shù)呢？所謂可重入是指一個(gè)可以被多個(gè)任務(wù)調(diào)用的過程，任務(wù)在調(diào)用時(shí)不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)是否會出錯(cuò)。

一個(gè)可重入的函數(shù)簡單來說就是可以被中斷的函數(shù)，也就是說，可以在這個(gè)函數(shù)執(zhí)行的任何時(shí)刻中斷它，轉(zhuǎn)入OS調(diào)度下去執(zhí)行另外一段代碼，而返回控制時(shí)不會出現(xiàn)什么錯(cuò)誤；而不可重入的函數(shù)由于使用了一些系統(tǒng)資源，比如全局變量區(qū)，中斷向量表等，所以它如果被中斷的話，可能會出現(xiàn)問題，這類函數(shù)是不能運(yùn)行在多任務(wù)環(huán)境下的。

也可以這樣理解，重入即表示重復(fù)進(jìn)入，首先它意味著這個(gè)函數(shù)可以被中斷，其次意味著它除了使用自己棧上的變量以外不依賴于任何環(huán)境（包括 static），這樣的函數(shù)就是purecode（純代碼）可重入，可以允許有該函數(shù)的多個(gè)副本在運(yùn)行，由于它們使用的是分離的棧，所以不會互相干擾。如果確實(shí)需要訪問全局變量（包括 static），一定要注意實(shí)施互斥手段?？芍厝牒瘮?shù)在并行運(yùn)行環(huán)境中非常重要，但是一般要為訪問全局變量付出一些性能代價(jià)。

編寫可重入函數(shù)時(shí)，若使用全局變量，則應(yīng)通過關(guān)中斷、信號量（即P、V操作）等手段對其加以保護(hù)。

說明：若對所使用的全局變量不加以保護(hù)，則此函數(shù)就不具有可重入性，即當(dāng)多個(gè)進(jìn)程調(diào)用此函數(shù)時(shí)，很有可能使有關(guān)全局變量變?yōu)椴豢芍獱顟B(tài)。

示例：假設(shè) Exam 是 int 型全局變量，函數(shù) Squre_Exam 返回 Exam 平方值。那么如下函數(shù)不具有可重入性。

int Exam = 0;
unsigned int example( int para )
{
    unsigned int temp;
    Exam = para; // （**）
    temp = Square_Exam( );
    return temp;
}

此函數(shù)若被多個(gè)進(jìn)程調(diào)用的話，其結(jié)果可能是未知的，因?yàn)楫?dāng)（**）語句剛執(zhí)行完后，另外一個(gè)使用本函數(shù)的進(jìn)程可能正好被激活，那么當(dāng)新激活的進(jìn)程執(zhí)行到此函數(shù)時(shí)，將使 Exam 賦與另一個(gè)不同的 para 值，所以當(dāng)控制重新回到 “temp = Square_Exam( )” 后，計(jì)算出的temp很可能不是預(yù)想中的結(jié)果。此函數(shù)應(yīng)如下改進(jìn)。

int Exam = 0;
unsigned int example( int para )
{
    unsigned int temp;
    [申請信號量操作] //(1)  加鎖
    Exam = para;
    temp = Square_Exam( );
    [釋放信號量操作] //     解鎖
    return temp;
}

申請不到“信號量”，說明另外的進(jìn)程正處于給 Exam 賦值并計(jì)算其平方過程中（即正在使用此信號），本進(jìn)程必須等待其釋放信號后，才可繼續(xù)執(zhí)行。若申請到信號，則可繼續(xù)執(zhí)行，但其它進(jìn)程必須等待本進(jìn)程釋放信號量后，才能再使用本信號。

3 判斷條件

保證函數(shù)的可重入性的方法：

1）在寫函數(shù)時(shí)候盡量使用局部變量（例如寄存器、堆棧中的變量）；

2）對于要使用的全局變量要加以保護(hù)（如采取關(guān)中斷、信號量等互斥方法），這樣構(gòu)成的函數(shù)就一定是一個(gè)可重入的函數(shù)。

滿足下列條件的函數(shù)多數(shù)是不可重入（不安全）的：

1）函數(shù)體內(nèi)使用了靜態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；

2）函數(shù)體內(nèi)調(diào)用了malloc() 或者 free() 函數(shù)；

3）函數(shù)體內(nèi)調(diào)用了標(biāo)準(zhǔn) I/O 函數(shù)。

如何將一個(gè)不可重入的函數(shù)改寫成可重入函數(shù)呢？把一個(gè)不可重入函數(shù)變成可重入的唯一方法是用可重入規(guī)則來重寫它。其實(shí)很簡單，只要遵守了幾條很容易理解的規(guī)則，那么寫出來的函數(shù)就是可重入的：

1）不要使用全局變量。因?yàn)閯e的代碼很可能改變這些變量值。2）在和硬件發(fā)生交互的時(shí)候，切記執(zhí)行類似 disinterrupt() 之類的操作，就是關(guān)閉硬件中斷。完成交互記得打開中斷，在有些系列上，這叫做“進(jìn)入/ 退出核心”。3）不能調(diào)用其它任何不可重入的函數(shù)。4）謹(jǐn)慎使用堆棧。

4 Linux常用可重入函數(shù)