线程重入

    线程在遇到重入问题时与信号处理程序是类似的，在这两种情况下，多个控制线程在相同的时间有可能调用相同的函数。如果一个函数在相同的时间点可以被多个线程安全地调用，就称该函数是线程安全的。在 Single UNIX Specification 定义的函数中，下面这些是不能保证线程安全的（另外，ctermid 和 tmpnam 传入空指针参数时也不能保证线程安全）。

    支持线程安全函数的操作系统会在<unistd.h>中定义符号_POSIX_THREAD_SAFE_FUNCTIONS。应用程序也可以在 sysconf 函数中传入 _SC_PTHREAD_SAFE_FUNCTIONS 参数在运行时检查是否支持线程安全函数。操作系统实现支持线程安全函数这个特性时，对 POSIX.1 中的一些非线程安全函数，它会提供可替代的线程安全版本。下表列出了这些函数的线程安全版本，它们在原来的名字后面加了“_r”，表明这些版本是可重入的（很多函数并不是线程安全的，因为它们返回的数据存放在静态的内存缓冲区中。通过修改接口，要求调用者自己提供缓冲区可以使函数变为线程安全）。

    如果一个函数对多个线程来说是可重入的，则该函数是线程安全的，但这并不能说明对信号处理程序来说也是可重入的。如果函数对异步信号处理程序的重入是安全的，则可以说函数是异步信号安全的，在信号默认处理动作及可重入函数一节中提到的可重入函数就是异步信号安全的。
    下面给出了一个 getenv 的可重入版本 getenv_r，它使用 pthread_once 函数来确保不管多少线程同时竞争调用 getenv_t，每个进程都只调用 thread_init 函数一次。

#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>

pthread_mutex_t		env_mutex;
static pthread_once_t	initflag = PTHREAD_ONCE_INIT;

static void thread_init(void){
	pthread_mutexattr_t attr;
	pthread_mutexattr_init(&attr);
	pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
	pthread_mutex_init(&env_mutex, &attr);
	pthread_mutexattr_destroy(&attr);
}

extern char **environ;

int getenv_r(const char *name, char buf[], int buflen){
	// buf[0] = '\0';
	int len = strlen(name);
	pthread_once(&initflag, thread_init);
	pthread_mutex_lock(&env_mutex);
	int i = 0;
	for(; environ[i] != NULL; i++){
		if(strncmp(name, environ[i], len)==0 && environ[i][len]=='='){
			if(strlen(&environ[i][len+1]) < buflen){
				strcpy(buf, &environ[i][len+1]);
				pthread_mutex_unlock(&env_mutex);
				return 0;
			}else{
				pthread_mutex_unlock(&env_mutex);
				return ENOSPC;
			}
		}
	}
	pthread_mutex_unlock(&env_mutex);
	return ENOENT;
}

    这里为了使该函数可重入而改变了其接口，调用者需要提供自己的缓冲区。而为了保证线程安全，使用了互斥量来保护环境在搜索请求的字符时不被修改。不仅如此，这里使用的还是可递归的互斥量，以保证它对信号处理程序也是可重入的。如果使用的是非递归的互斥量，则线程从信号处理程序中再用到该互斥量时就有可能出现死锁，因为在 getenv_r 中可能已经对其加锁了。
    除了上表中的函数，POSIX.1 还提供了以线程安全的方式管理 FILE 对象的方法。可以使用 flockfile 和 ftrylockfile 获取给定 FILE 对象关联的锁，这个锁是递归的，这表示当占有这把锁的时候还可以再次获取该锁。

#include <stdio.h>
int ftrylockfile(FILE *fp);
                      /* 返回值：若成功，返回 0；若不能获取锁，返回非 0 数值 */
void flockfile(FILE *fp);
void funlockfile(FILE *fp);

    如果标准 I/O 例程都获取它们各自的锁，那么在做一次一个字符的 I/O 时就会出现严重的性能下降，因为这需要对每一个字符的读写操作进行获取锁和释放锁的动作。为避免这种开销，出现了如下不加锁版本的基于字符的标准 I/O 例程（不过除非被上面的 flockfile 类函数的调用包围，否则尽量不要使用，因为它们会导致不可预期的结果，比如由于多个控制线程非同步访问数据引起的种种问题）。

#include <stdio.h>
int getchar_unlocked(void);
int getc_unlocked(FILE *fp);
   /* 两个函数的返回值：若成功，返回下一个字符；若遇到文件尾或者出错，返回 EOF */
int putchar_unlocked(int c);
int putc_unlocked(int c, FILE *fp);
                /* 两个函数的返回值：若成功，返回 c；否则，返回 EOF */

    一旦对 FILE 对象进行加锁，就可以在释放锁前对这些函数进行多次调用，这样就可以在多次的数据读写上分摊总的加解锁的开销。