第 6 章 安全和不安全的接口
本章定义函数和库的 MT 安全级别。本章论述以下主题：
线程安全
线程安全可以避免数据竞争。 不管数据值设置的正确与否，都会出现数据争用的情况，具体取决于多个线程访问和修改数据的顺序。
不需要共享时，请为每个线程提供一个专用的数据副本。如果共享非常重要，则提供显式同步，以确保程序以确定的方式操作。
当某个过程由多个线程同时执行时，如果该过程在逻辑上是正确的，则认为该过程是线程安全的。实际上，一般可分为以下几种安全性级别。
-
不安全
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线程安全，可串行化
-
线程安全，MT 安全
通过将过程包含在语句中来锁定和解除锁定互斥，可以使不安全过程变成线程安全过程，而且可以进行串行化。示例 6–1 说明了 fputs() 的三个简化实现，最初线程是不安全的。
下面是此例程的可串行化版本，它使用单一互斥来防止过程出现并发执行问题。实际上，单一互斥比通常需要的同步效果更强。当两个线程使用 fputs() 将输出发送到不同文件时，一个线程无需等待另一个线程。只有在共享输出文件时，线程才需要进行同步。
最新版本是 MT 安全的。此版本对每个文件都使用一个锁定，允许两个线程同时指向不同的文件。因此，只要例程是线程安全的，该例程就是 MT 安全的，而且例程的执行不会对性能造成负面影响。
示例 6–1 线程安全程度
/* 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)]0;
}
MT 接口安全级别
线程手册页 man(3C) 使用表 6–1 中列出的安全级别类别来描述接口对线程的支持程度。这些类别在 Intro(3) 手册页中进行了完整说明。
表 6–1 接口安全级别|
类别 |
说明 |
|---|---|
|
安全 |
可以从多线程应用程序中调用此代码 |
|
安全（包含异常） |
有关异常的说明，请参见对应手册页的 NOTES 部分。 |
|
不安全 |
此接口与多线程应用程序结合使用时是不安全的，除非应用程序一次仅安排在库中执行一个线程。 |
|
MT 安全 |
此接口已完全做好准备，可以执行多线程访问。此接口是安全的，而且支持一定的并发性。 |
|
MT 安全（包含异常） |
有关异常的列表，请参见《man pages section 3: Basic Library Functions》中对应页中的 NOTES 部分。 |
|
异步信号安全 |
可以从信号处理程序中安全地调用此例程。执行异步信号安全例程的线程在被信号中断时，不会自行死锁。 |
|
Fork1–安全 |
每次调用 Solaris fork1(2) 或 POSIX fork(2) 时，此接口都会释放持有的锁定。 |
有关库例程的安全级别，请参见参考手册页的第 3 部分。
出于以下原因，特意未将某些函数设为安全的。
-
设置为 MT 安全的接口对单线程应用程序的性能有负面影响。
-
库具有不安全的接口。例如，函数可能会返回指向栈中缓冲区的指针。可以对其中的某些函数使用可重复执行的对应函数。可重复执行的函数名称是在原始函数名称后附加 "_r"。
注意 – 确定名称不以 "_r" 结尾的函数是否是 MT 安全的唯一方法就是查看该函数的手册页。必须使用同步设备或通过限制初始线程来保护对标识为非 MT 安全的函数的使用。
不安全接口的可重复执行函数
对于包含不安全接口的大多数函数而言，存在例程的 MT 安全版本。新的 MT 安全例程的名称始终为原有不安全例程的名称附加 "_r" 后的形式。Solaris 环境中提供表 6–2 "_r" 例程。
表 6–2 可重复执行函数|
asctime_r(3c) |
gethostbyname_r(3n) |
getservbyname_r(3n) |
|
ctermid_r(3s) |
gethostent_r(3n) |
getservbyport_r(3n) |
|
ctime_r(3c) |
getlogin_r(3c) |
getservent_r(3n) |
|
fgetgrent_r(3c) |
getnetbyaddr_r(3n) |
getspent_r(3c) |
|
fgetpwent_r(3c) |
getnetbyname_r(3n) |
getspnam_r(3c) |
|
fgetspent_r(3c) |
getnetent_r(3n) |
gmtime_r(3c) |
|
gamma_r(3m) |
getnetgrent_r(3n) |
lgamma_r(3m) |
|
getauclassent_r(3) |
getprotobyname_r(3n) |
localtime_r(3c) |
|
getauclassnam_r(3) |
getprotobynumber_r(3n) |
nis_sperror_r(3n) |
|
getauevent_r(3) |
getprotoent_r(3n) |
rand_r(3c) |
|
getauevnam_r(3) |
getpwent_r(3c) |
readdir_r(3c) |
|
getauevnum_r(3) |
getpwnam_r(3c) |
strtok_r(3c) |
|
getgrent_r(3c) |
getpwuid_r(3c) |
tmpnam_r(3s) |
|
getgrgid_r(3c) |
getrpcbyname_r(3n) |
ttyname_r(3c) |
|
getgrnam_r(3c) |
getrpcbynumber_r(3n) |
|
|
gethostbyaddr_r(3n) |
getrpcent_r(3n) |
异步信号安全函数
可以从信号处理程序中安全调用的函数就是异步信号安全函数。POSIX 标准定义并列出了异步信号安全函数（IEEE Std 1003.1-1990, 3.3.1.3 (3)(f)，第 55 页）。除 POSIX 异步信号安全函数外，Solaris 线程接口中的以下函数也是异步信号安全函数：
库的 MT 安全级别
所有可能由线程从多线程程序中调用的例程都应该是 MT 安全的。因此，例程的两项或多项激活操作必须能够同时正确执行。这样，多线程程序使用的每个库接口都必须是 MT 安全级别。
目前，并非所有库都是 MT 安全的。表 6–3 中列出了常用的 MT 安全库。其他的库最终会被修改为 MT 安全的。
表 6–3 部分 MT 安全的库|
库 |
注释 |
|---|---|
|
符合 System V Interface Definition, Edition 3, X/Open and ANSI C 的数学库 |
|
|
TLI 接口、XDR、RPC 客户机和服务器、netdir、netselect 以及 getXXbyYY 接口都不是安全的，但都具有 getXXbyYY_r 形式的线程安全接口 |
|
不安全库
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