【Linux】可重入函数

前言

在Linux中，进程/线程可能因为时间片到达，或者其他中断，或者调用系统，需要从用户态切换到内核态，而内核空间会保存切换前，用户代码执行处的上下文，以便切换回用户态时，可以继续执行原来的代码。
而这样的切换是否会影响代码的执行呢？这就是可重入函数和不可重入函数的概念的产生

一. 场景

以下是用户态的一次执行
假如其中有一个链表头插函数的调用

在申请结点空间，将node1的指针指向head->next，还没作head的改变时，假如，时间片到了，或者发生了其他的中断，切换到了内核态，捕捉信号。
而信号的执行函数中也同样使用了链表头插的函数，就会再申请一个node2的空间，完成头插后，最终切换回用户态，然后继续执行用户态的链表头插的函数，还会将head->next=node1，这样node2的失效了。就发生了内存泄漏

所以有些函数是不允许执行到一半，而切换到执行流的，这类函数称为不可重入函数，反之为可重入函数

只要函数内部有和文件的交互，使用了全局数据，或者有malloc，new，申请了堆数据，那都是不可重入函数
如果一个函数内部只使用局部变量，那么这个函数就可以是可重入函数

可重入/不可重入不是函数的优缺点，只是函数的特性

二. 可重入与线程安全

在多线程时，我们往往需要注意线程的互斥与同步，而也就是在多线程中，不同线程并发运行，经常出现一个线程的动作还没完成，时间片到达，不得不切换成其他线程的情况。
所以线程安全和函数是否可重入有着一定的关系

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接下来我们做些总结

• 线程安全：多个线程并发同一段代码时，不会出现不同的结果。常见对全局变量或者静态变量进行操作，并且没有锁保护的情况下，会出现问题。
• 重入：同一个函数被不同的执行流调用，当前一个流程还没有执行完，就有其他执行流再次进入，我们称之为重入。

常见的线程不安全的情况：

1. 不保护共享变量的函数
2. 被调用后，状态会发生变化的函数
3. 返回指向静态变量指针的函数
4. 调用线程不安全的函数

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常见的线程安全的情况：

1. 每个线程对全局变量或者静态变量只有读取的权限，而没有写入的权限，一般来说是线程安全的
2. 类或者接口对于线程来说是原子操作
3. 多个线程之间的切换不会导致该接口执行结果存在二义性

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常见的不可重入的情况：

1. 调用了malloc/free函数，因为malloc函数是使用全局链表来管理堆的
2. 调用了标准I/O库函数，标准I/O库的很多实现都是以不可重入的方式使用全局数据结构
3. 可重入函数体内使用了静态的数据结构

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常见的可重入的情况：

1. 不使用全局变量或静态变量
2. 不使用malloc或者new 开辟空间
3. 不调用不可重入函数
4. 不返回静态或者全局数据，所以数据都有函数的调用者提供
5. 不使用本地数据，或者通过制作全局数据的本地拷贝来保护全局数据

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可重入与线程安全的联系：

1. 如果调用的函数是可重入函数，那么此时是线程安全的
2. 如果调用的函数是不可重入的，多线程访问就会引发线程安全问题
3. 如果一个函数中有全局变量，那么这个函数既不是线程安全的，也不是可重入的
4. 可重入函数是线程安全的一种方式，线程安全不一定是可重入的，但可重入一定是线程安全的

结束语

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