多线程编程学习6-安全和不安全接口

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：

■    第 165 页中的 “线程安全”

■    第 167 页中的 “MT 接口安全级别”

■    第 168 页中的 “异步信号安全函数”

■    第 169 页中的 “库的 MT 安全级别”

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

■    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

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)

ctermid_r(3s)

ctime_r(3c)

fgetgrent_r(3c)

fgetpwent_r(3c)

fgetspent_r(3c)

gamma_r(3m)

getauclassent_r(3)

getauclassnam_r(3)

getauevent_r(3)

getauevnam_r(3)

getauevnum_r(3)

getgrent_r(3c)

getgrgid_r(3c)

getgrnam_r(3c)

gethostbyaddr_r(3n)

gethostbyname_r(3n)

gethostent_r(3n)

getlogin_r(3c)

getnetbyaddr_r(3n)

getnetbyname_r(3n)

getnetent_r(3n)

getnetgrent_r(3n)

getprotobyname_r(3n)

getprotobynumber_r(3n)

getprotoent_r(3n)

getpwent_r(3c)

getpwnam_r(3c)

getpwuid_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_r(3c)

nis_sperror_r(3n)

rand_r(3c)

readdir_r(3c)

strtok_r(3c)

tmpnam_r(3s)

ttyname_r(3c)

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：

■    sema_post(3C)

■    thr_sigsetmask(3C)，类似于 pthread_sigmask(3C)

■    thr_kill(3C)，类似于 pthread_kill(3C)

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

不安全库

只有在单线程调用时，多进程程序才能安全地调用库中无法保证是 MT 安全级别的例程。