printf中的那些bug

時間：2021-01-19 11:14:25

關(guān)鍵字： printf 可重入函數(shù)

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[導讀]大伙估計在多任務程序中使用printf打印一些信息是非常歡樂的一件事，運氣不錯的話偶爾錯幾個數(shù)據(jù)、亂幾個碼也不是什么大問題，倒霉點的可能就直接掛機、卡死了，那這些到底是什么原因?qū)е碌哪兀?

大伙估計在多任務程序中使用printf打印一些信息是非常歡樂的一件事，運氣不錯的話偶爾錯幾個數(shù)據(jù)、亂幾個碼也不是什么大問題，倒霉點的可能就直接掛機、卡死了，那這些到底是什么原因?qū)е碌哪兀?/span>
今天的這篇文章應該可以幫助你解決一大部分問題。

兩個概念

1、可重入函數(shù)
多任務系統(tǒng)中每個進程或線程都是由多種執(zhí)行流并發(fā)運行的，當執(zhí)行流同時進入同一個函數(shù)(大部分是由于中斷)，而不會導致函數(shù)結(jié)果不確定或者錯誤，就可認為該函數(shù)是可重入的。

上圖中的signal一般都是因為中斷等原因產(chǎn)生的，在我們多任務系統(tǒng)中中斷更是無時無刻的在隨機發(fā)生著，一旦線程或者進程被中斷轉(zhuǎn)而去執(zhí)行消息處理，而恰巧的是此時線程所執(zhí)行的操作與信號處理相同，比如malloc，他們都共享同一個資源(全局堆空間)。
當信號處理返回到原來的執(zhí)行流中卻由于信號處理的改寫而受影響，比如重入的問題導致malloc會分配相同的內(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
多個線程并發(fā)運行且執(zhí)行相同的代碼，而不會導致運行結(jié)果受影響，我們就認為是線程安全。

對于線程安全往往加個互斥鎖就可以解決戰(zhàn)斗，當然你如果沒有使用全局變量、靜態(tài)變量等等共享資源，那他們基本上是線程安全的。
其實從表面上看這兩個概念并沒有太大的差異，無非就是運行同一塊代碼，會不會導致不確定的結(jié)果。
3、 VS 再仔細想想，其實這兩個概念所關(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)行不會受影響，而線程安全僅僅只是在線程這個層面上進行的要求。
所以可重入的要求比線程安全要更加嚴苛，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

下面我們來簡單分析一下不可重入死鎖的問題 :

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，隨機的中斷信號處理發(fā)生了，轉(zhuǎn)而執(zhí)行信號處理函數(shù)，而在信號處理中也同樣執(zhí)行相同的Fuction代碼，此時資源已經(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處理訪問，最終死鎖，涼涼！
當然你可以使用遞歸鎖來進行處理，這在正常設(shè)計中是需要避免的，當時對于一些需要調(diào)用外部庫的設(shè)計，只能選擇遞歸鎖等。

可重入的識別

說實在對于很多玩RTOS的伙計，直接關(guān)中斷、開中斷的臨界資源保護就基本告別了一部分不可重入問題，而這樣的操作會影響多任務的并發(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題還是要注意一下。
這里不可重入問題不完全總結(jié)了幾點：
1、標準IO函數(shù)都會使用到全局的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如printf函數(shù) : 由于使用了全局標準輸出stdout，所以線程不安全也就更不能重入了。
2、malloc和free : 這兩個函數(shù)都是在全局的堆空間上進行操作，如果有加鎖那就是線程安全的，但是不可重入。
3、對于全局、靜態(tài)的資源的訪問都會導致線程不安全，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)來進行保護，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)也會繼承對應特點。