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标  题: Solaris多线程编程指南5--安全和不安全的接口
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标  题: Solaris多线程编程指南5--安全和不安全的接口
发信站: BBS 水木清华站 (Sun May 17 16:32:40 1998)

5． 安全和不安全的接口

本章定义了函数和库的多线程安全等级。
        线程安全
        多线程接口安全等级
        异步安全函数
        库的多线程安全等级

5.1线程安全

    线程安全是为了避免数据竞争--数据设置的正确性依赖于多个线程修改数据
的顺序。
    如果不需要共享，则给每个线程分配一个私有的数据拷贝。如果数据必须共
享，一定要用同步机制来保证操作的唯一性。
    如果一个线程在几个线程同时执行时在逻辑上是正确的，则称它为线程安全
的。在一个实际的水平上，把安全等级划分为3层比较方便。
        · 不安全
        · 线程安全--非并行
        · 线程安全--多线程安全
    一个不安全的过程可以用在操作前加互斥锁，操作后解互斥锁的办法来使操
作序列化（即消除并发）。示例5-1首先显示了一个简化的fputs()的非线程安全
实现。
    接下来是用单互斥锁保护使操作序列化的版本。实际上，使用了比需要的更
强的同步。如果两个线程调用fputs()来打印到不同的文件时，其中一个用不着
等待另一个--它们可以同时操作。
    最后一个版本是多线程安全版。它给每个文件加一个锁，允许两个线程同时
指向不同的文件。所以，MT-SAFE(即多线程安全)的函数是线程安全的，并不会使
运行性能变坏。

Code Example 5-1 线程安全的程度
/*not thread-safe */
fputs(const char *s, FILE *stream){
                char *p;
                for(p=s; *p; p++)
                        putc((int)*p,stream);
        }
/*serializable*/
fputs(const char *s,FILE *stream){
                static mutex_t mut;
                char *p;
                mutex_lock(&m);
                for(p=s;*p;p++)
                        putc((int)*p,stream);
                mutex_unlock(&m);
}
/*MT-SAFE*/
mutex_t m[NFILE];
fputs(const char *s, FILE *stream){
                static mutex_t mut;
                char *p;
                mutex_lock(&m[fileno(stream)]);
                for (p=s;*p;p++)
                        putc((int)*p,stream);
                mutex_unlock(&m[fileno(stream)]);
}

5.2多线程接口安全等级

    man page(3)：库函数用下面的分类来描述一个接口支持多线程到什么程度
（这些分类在Intro(3) man page中解释地更为详细）。
        Safe 可以被多线程应用程序调用
        Safe with exceptions 例外的部分请参见NOTES部分
        Unsafe 这个接口只有在应用程序保证一个时刻只有一个线程执行时才
                能安全调用
        MT-Safe 完全为多线程设计，不但安全，还支持一些并发性
        MT-Safe with exceptions 例外的部分请参见NOTES部分
        Async-Safe 可以被一个信号控制器安全调用。一个线程在执行
Async-Safe函数时被信号中断将不会产生死锁。
    有关safe接口请看附录B的表"MT Safety Levels:Library Interfaces."，
它来自man pages（3）。如果一个第三部分的接口不在表内，它就有可能是不
安全的（不包括源兼容库Source Compatibility Library）。检查man page后才
能确定。
    在"man pages(2)：系统调用"中描述的所有函数，除了vfork(2)外都是
MT-Safe的。
    一些函数有意地不作成安全，因为如下原因。
    对于单线程的应用程序，MT-Safe回在一定程度上降低性能。
    函数本身有一个不安全接口。例如，一个函数会返回一个指向堆栈缓冲区
的指针。你可以用这些函数"再进入"的对等函数？？？（原文为
reentrant counterparts）。再进入函数的名字是原函数加"_r"后缀。
-------------------------------------
注意--除非通过查询手册页（man pages），否则无法确定一个不以"_r"结尾的
函数是否MT-safe。非MT-safe的函数一定要有同步机制的保护，或者被限制在
初始线程里。
------------------------------------

*非安全接口的替代(重入 Reentrant)函数

    对于大多数非安全接口的函数，都存在一个MT-safe的版本。新的MT-safe函
数一般是旧的非安全函数加上"_r"后缀。Solaris系统提供以下的"_r"函数。

Table 5-1 替代函数
asctime_r(3C)           ctermid_r(3S)           ctime_r(3C)
fgetgrent_r(3C)         fgetpwent_r(3C)         fgetspent_r(3C)
Gamma_r(3M)             getgrgid_r(3C)          getgrnam_r(3C)
getlogin_r(3C)          getpwnam_r(3C)          getpwuid_r(3C)
getgrent_r(3C)          gethostbyaddr_r(3N)     gethostbyname_r(3N)
gethostent_r(3N)        getnetbyaddr_r(3N)      getnetbyname_r(3N)
getnetent_r(3N)         Getprotobyname_r(3N)    getprotobynumber_r(3N)
getprotoent_r(3N)       getpwent_r(3C)          getrpcbyname_r(3N)
getrpcbynumber_r(3N)    getrpcent_r(3N)         getservbyname_r(3N)
getservbyport_r(3N)     getservent_r(3N)        getspent_r(3C)
getspnam_r(3C)          gmtime_r(3C)            lgamma_r(3M)
localtime_(3C)r         nis_sperror_r(3N)       rand_r(3C)
readdir_r(3C)           strtok_r(3C)            tmpnam_r(3C)
ttyname_r(3C)           

5.3异步安全函数

    可以被信号控制器安全调用的函数被称为Async-Safe的。POSIX标准定义并
详列了异步安全函数（IEEE Std 1003.1-1990.3.3.1.3(3)(f), page 55）。除
了POSIX异步安全函数外，下列三个函数也是异步安全的。
        · sema_post(3T)
        · thr_sigsetmask(3T)
        · thr_kill(3T)

5.4库的多线程安全等级

    所有可能被多线程程序的线程调用的函数都应当是MT-Safe的。
    这意味着过程可以同时正确地执行两个操作。所以，每一个被多线程程序
使用的接口都应是MT-Safe。
    并不是所有的库都是MT-Safe的。通常被使用的MT-Safe的库详列于表5-2中。
其他的库也将最终被改写成MT-Safe的。
        表5-2 一些MT-Safe库
------------------------------------
库                                      说明
------------------------------------
lib/libc                getXXbyYY接口（例如gethostbyname(3N)）是MT-Safe的
lib/libdl_stubs         （支持static switch compiling）
lib/libintl
lib/libm                仅当为共享库编译时是MT-Safe的，但与文档库连接时
                        不是MT-Safe的
lib/libmalloc
lib/libmapmalloc
lib/libnsl              包括TLI接口，XDR，RPC客户方和服务方，netdir和
                        netselect。 GetXXbyYY是不安全的，但有线程安全版本
                        GetXXbyYY_r
lib/libresolv           支持因线程而异的错误码
lib/libsocket
lib/libw
lib/nametoaddr
lib/nametoaddr
lib/nsswitch
libX11
libC                    （不是Solaris系统的部分；可以分开购买）
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*不安全库

    如果库中的函数不是MT-Safe的，则只有在一个线程的调用时才是安全的。

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