printf中的那些bug

時(shí)間：2021-01-19 11:14:25

關(guān)鍵字： printf 可重入函數(shù)

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[導(dǎo)讀]大伙估計(jì)在多任務(wù)程序中使用printf打印一些信息是非常歡樂(lè)的一件事，運(yùn)氣不錯(cuò)的話偶爾錯(cuò)幾個(gè)數(shù)據(jù)、亂幾個(gè)碼也不是什么大問(wèn)題，倒霉點(diǎn)的可能就直接掛機(jī)、卡死了，那這些到底是什么原因?qū)е碌哪兀?

大伙估計(jì)在多任務(wù)程序中使用printf打印一些信息是非常歡樂(lè)的一件事，運(yùn)氣不錯(cuò)的話偶爾錯(cuò)幾個(gè)數(shù)據(jù)、亂幾個(gè)碼也不是什么大問(wèn)題，倒霉點(diǎn)的可能就直接掛機(jī)、卡死了，那這些到底是什么原因?qū)е碌哪兀?/span>
今天的這篇文章應(yīng)該可以幫助你解決一大部分問(wèn)題。

兩個(gè)概念

1、可重入函數(shù)
多任務(wù)系統(tǒng)中每個(gè)進(jìn)程或線程都是由多種執(zhí)行流并發(fā)運(yùn)行的，當(dāng)執(zhí)行流同時(shí)進(jìn)入同一個(gè)函數(shù)(大部分是由于中斷)，而不會(huì)導(dǎo)致函數(shù)結(jié)果不確定或者錯(cuò)誤，就可認(rèn)為該函數(shù)是可重入的。

上圖中的signal一般都是因?yàn)橹袛嗟仍虍a(chǎn)生的，在我們多任務(wù)系統(tǒng)中中斷更是無(wú)時(shí)無(wú)刻的在隨機(jī)發(fā)生著，一旦線程或者進(jìn)程被中斷轉(zhuǎn)而去執(zhí)行消息處理，而恰巧的是此時(shí)線程所執(zhí)行的操作與信號(hào)處理相同，比如malloc，他們都共享同一個(gè)資源(全局堆空間)。
當(dāng)信號(hào)處理返回到原來(lái)的執(zhí)行流中卻由于信號(hào)處理的改寫(xiě)而受影響，比如重入的問(wèn)題導(dǎo)致malloc會(huì)分配相同的內(nèi)存區(qū)域，或者其他的數(shù)據(jù)篡改，鎖死等，這樣該函數(shù)就是不可重入的。
2、線程安全
多個(gè)線程并發(fā)運(yùn)行且執(zhí)行相同的代碼，而不會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行結(jié)果受影響，我們就認(rèn)為是線程安全。

對(duì)于線程安全往往加個(gè)互斥鎖就可以解決戰(zhàn)斗，當(dāng)然你如果沒(méi)有使用全局變量、靜態(tài)變量等等共享資源，那他們基本上是線程安全的。
其實(shí)從表面上看這兩個(gè)概念并沒(méi)有太大的差異，無(wú)非就是運(yùn)行同一塊代碼，會(huì)不會(huì)導(dǎo)致不確定的結(jié)果。
3、 VS 再仔細(xì)想想，其實(shí)這兩個(gè)概念所關(guān)注的層面是不同的，可重入函數(shù)要求相同執(zhí)行流執(zhí)行不會(huì)受影響，而線程安全僅僅只是在線程這個(gè)層面上進(jìn)行的要求。
所以可重入的要求比線程安全要更加嚴(yán)苛，可重入必定線程安全，而線程安全并不一定可重入，如下圖是他們的關(guān)系:

不可重入死鎖

下面我們來(lái)簡(jiǎn)單分析一下不可重入死鎖的問(wèn)題 :

上圖我們?yōu)楹瘮?shù)加了互斥lock(不考慮遞歸鎖)，那么它就是線程安全的，然而剛把共享資源部分上鎖，隨機(jī)的中斷信號(hào)處理發(fā)生了，轉(zhuǎn)而執(zhí)行信號(hào)處理函數(shù)，而在信號(hào)處理中也同樣執(zhí)行相同的Fuction代碼，此時(shí)資源已經(jīng)鎖住，必須等待前面調(diào)用Fuction函數(shù)的線程釋放，但此線程又在等待信號(hào)處理訪問(wèn)，最終死鎖，涼涼！
當(dāng)然你可以使用遞歸鎖來(lái)進(jìn)行處理，這在正常設(shè)計(jì)中是需要避免的，當(dāng)時(shí)對(duì)于一些需要調(diào)用外部庫(kù)的設(shè)計(jì)，只能選擇遞歸鎖等。

可重入的識(shí)別

說(shuō)實(shí)在對(duì)于很多玩RTOS的伙計(jì)，直接關(guān)中斷、開(kāi)中斷的臨界資源保護(hù)就基本告別了一部分不可重入問(wèn)題，而這樣的操作會(huì)影響多任務(wù)的并發(fā)執(zhí)行，但是如果你只是加了幾把鎖，可能在程序中不重入的問(wèn)題還是要注意一下。
這里不可重入問(wèn)題不完全總結(jié)了幾點(diǎn)：
1、標(biāo)準(zhǔn)IO函數(shù)都會(huì)使用到全局的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如printf函數(shù) : 由于使用了全局標(biāo)準(zhǔn)輸出stdout，所以線程不安全也就更不能重入了。
2、malloc和free : 這兩個(gè)函數(shù)都是在全局的堆空間上進(jìn)行操作，如果有加鎖那就是線程安全的，但是不可重入。
3、對(duì)于全局、靜態(tài)的資源的訪問(wèn)都會(huì)導(dǎo)致線程不安全，比如一些函數(shù)使用的是靜態(tài)緩存區(qū)等，你可以使用本地copy加臨界區(qū)來(lái)進(jìn)行保護(hù)，盡量使用局部變量。
4、調(diào)用不可重入或者線程不安全的函數(shù)也會(huì)繼承對(duì)應(yīng)特點(diǎn)。

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