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2024年3月13日发(作者：using namespace srd)
Linux 多线程编程问题
1 重入问题
传统的UNIX没有太多考虑线程问题，库函数里过多使用了全局和静态数据，导致严重
的线程重入问题。
1.1 –D_REENTRANT /-pthread和errno的重入问题。
所先UNIX的系统调用被设计为出错返回-1，把错误码放在errno中（更简单而直
接的方法应该是程序直接返回错误码，或者通过几个参数指针来返回）。由于线程
共享所有的数据区，而errno是一个全局的变量，这里产生了最糟糕的线程重入问
题。比如：
do {
bytes = recv(netfd, recvbuf, buflen, 0);
} while (bytes != -1 && errno != EINTR);
在上面的处理recv被信号打断的程序里。如果这时连接被关闭，此时errno应该不
等于EINTR，如果别的线程正好设置errno为EINTR，这时程序就可能进入死循环。
其它的错误码处理也可能进入不可预测的分支。
在线程需求刚开始时，很多方面技术和标准（TLS）还不够成熟，所以在 为 了
解决这个重入问题引入了一个解决方案，把errno定义为一个宏：
extern int *__errno_location (void);
#define errno (*__errno_location())
在上面的方案里，访问errno之前先调用__errno_location()函数，线程库提供这个
函数，不同线程返回各自errno的地址，从而解决这个重入问题。在编译时加
-D_REENTRANT就是启用上面的宏，避免errno重入。另外 -D_REENTRANT
还影响一些stdio的函数。在较高版本的gcc里，有很多嵌入函数的优化，比如把
printf(“Hellon”);
优化为
puts(“hellon”);
之类的，有些优化在多线程下有问题。所以gcc引入了 –pthread 参数，这个
参数出了-D_REENTRANT外，还校正一些针对多线程的优化。
因为宏是编译时确定的，所以没有加-D_REENTRANT编译的程序和库都有errno
重入问题，原则上都不能在线程环境下使用。不过在一般实现上主线程是直接使用
全局errno变量的，也就是 __errno_location()返回值为全局&errno，所以那些没加
-D_REENTRANT编译的库可以在主线程里使用。这里仅限于主线程，有其它且只
有一个固定子线程使用也不行，因为子线程使用的errno地址不是全局errno变量
地址。
对于一个纯算法的库，不涉及到errno和stdio等等，有时不加_REENTRANT也是
安全的，比如一个纯粹的加密/解谜函数库。比较简单的判断一个库是否有errno问
题是看看这个库是使用了errno还是__errno_location()：
readelf -s | grep errno
另外一个和errno类似的变量是DNS解析里用到的h_errno变量，这个变量的重入
和处理与errno一样。这个h_errno用于gethostbyXX这个系列的函数。
1.2 库函数重入
早期很多unix函数设计成返回静态buffer。这些函数都是不能重入的。识别这
些函数有几个简单的规则：
1.2.1 stdio函数是可以重入的。这是因为stdio函数入口都会调用flockfile()锁定
FILE。另外stdio也提供不锁定（非重入）的函数，这些函数以_unlock结尾，
具体参见man unlocked_stdio。利用这些特性可以做到多个stdio的互斥操作。
如：
flockfile(fp);
fwrite_unlocked(rec1, reclen1, 1, fp);
fwrite_unlocked(rec2, reclen2, 1, fp);
funlockfile(fp);
1.2.2 返回动态分配数据的函数，这些一般是可以重入的。这些函数的特点是返回
的指针需要显式释放，用free或者配对的释放函数。如：
getaddrinfo /freeaddrinfo
malloc/strdup/calloc/free
fopen/fdopen/popen/fclose
get_current_dir_name/free
asprintf/vasprintf/free
getline/getdelim/free
regcomp/regfree
1.2.3 函数返回一个和输入参数无关的数据，而且不需要free的大部分情况下是不
可重入的。如gmtime, ntoa, gethostbyname…
1.2.4 函数依赖一个全局数据，在多次或者多个函数间维护状态的函数是不可重入
的。如getpwent, rand…
1.2.5 带有_r变体的函数都是不可重入的。这些函数大部分是上面两类的。这些变
体函数是可重入的代替版本。可以用下面命令查看glibc有多少这种函数：
readelf -s /lib/.6 | grep _r@
这些函数名有很大一部分是
getXXbyYY, getXXid, getXXent, getXXnam
1.2.6 rand，lrand48系列随机数不可重入的原因在于这些函数使用一个全局的状
态，并且都有相应的_r变体。重入这些非线程安全的函数不会有稳定性问题，
不过会导致随机数不随机（可预测）。在要求比较严格的随机数应用里，建
议用/dev/random和/dev/urandom，这两个设备的不同在于前者读出的数据理
论上是绝对随机的，在系统无法提供足够随机数据时读会阻塞。后者只是提
供尽量随即的数据，随机度不够时用算法生成伪随机数来代替，所以不会阻
塞。
1.2.7 不可重入函数处理。对大部分不可重入函数可以使用对应的_r变体。有些函
数可能没有对应_r变体，可以选用类似功能的函数替换。如：
inet_ntoa inet_ntop
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