宣告：本文為個人理解，不能保證一定是正確的！

　　這三個概念一直糾纏著我，我也時不時的會拿出來辨析下，直到昨天才發現自己可以把它們理順了。所以學習就是這樣一個反覆的過程，最終達到頓悟的效果。本文主要參考APUE第三版英文版第10.6和12.5節，以及WIKI百科，還有CSDN和stackoverflow中對這些概念的討論，然後給出一份自己認為比較合理的理解。

中斷，訊號，執行緒切換

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1. 這三個概念都牽涉到非同步通訊，因為執行中的程式碼不可預測什麼時候會發生中斷，什麼時候會收到訊號，什麼時候會發生執行緒切換：

   • 中斷，一般指的硬體中斷，是硬體對cpu的中斷
   • 訊號，則是對中斷的模擬，可以看作是os對程序的中斷
   • 執行緒切換，cpu的時分複用手段

2. 程式碼執行流：

#-表示程式碼在cpu上執行，.表示等待中

##1. 中斷和訊號
<f1>---------...................-----------
<f2>.........-------------------...........
###f1在執行的過程中被f2打斷，當且僅當f2完整的執行完後返回f1

##2. 執行緒切換
<f1>----....----....----....----....----
<f2>....----....----....----....----....
###f1和f2互相打斷彼此，交錯地執行
 

可重入，非同步資訊保安，執行緒安全

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1. 可重入
   　　可重入的意思就是一個函式沒有執行完，又在另一個地方被呼叫一次，兩次呼叫都能得到正確的結果。可重入概念在多工作業系統之前就已經存在了，It is a concept from the time when no multitasking operating systems existed。

2. 非同步資訊保安，執行緒安全
   　　可重入中提到的”另一個地方”可以是：

   • 在中斷或訊號中，在此情況下如果函式是可重入的，那麼就稱這個函式是非同步訊號安全的，這兩種情況可以看成是一種遞迴呼叫
     。
     [APUE10.6節就是專門說明非同步訊號安全的]
   • 在另一個執行緒中，在此情況下如果函式是可重入的，那麼就稱這個函式是執行緒安全的。
     [APUE12.5節就是專門說明執行緒安全的]
     

   If a function is reentrant with respect to multiple threads, we say that it is thread-safe. This doesn’t tell us, however, whether the function is reentrant with respect to signal handlers. We say that a function that is safe to be reentered from an asynchronous signal handler is async-signal safe.

3. 三者的關係

紅色表示不可重入函式，A+B+C表示可重入函式，其中A表示遞迴呼叫情況下可重入，C表示多執行緒的情況下可重入，B表示種情況下都可重入。
所以單獨說某函式是重入，而不限定使用場景是沒有意義的；如果僅僅說是非可重入則又是有意義的…

4. 非同步訊號安全函式列表

5. 可重入函式和非同步訊號安全函式等同嗎?

根據上面的關係圖可以得出兩者是不等同的，可重入函式在不同的情景下可以分為非同步訊號安全和執行緒安全。非同步訊號安全可以看作是遞迴呼叫情況下的可重入。舉例如下：

//非可重入版本
int t;

void swap(int *x, int *y)
{
    t = *x;
    *x = *y;

    // hardware interrupt might invoke isr() here!!
    *y = t;
}
/////////////////////////////////////////////
//非同步訊號安全版本，非執行緒安全
int t;

void swap(int *x, int *y)
{
    int s;

    s = t; // save global variable
    t = *x;
    *x = *y;

    // hardware interrupt might invoke isr() here!
    *y = t;
    t = s; // restore global variable
}

//在訊號處理函式中呼叫時，每次使用t之前都會進行備份，返回之前還原t的值；所以在訊號處理函式中呼叫是可重入的；
//如果用線上程中，則有可能執行緒切換之前未來得及還原t的值，導致結果出錯，所以線上程切換中是不可重入的；

//由此可以看出，非同步訊號安全函式不一定是執行緒安全函式!
//執行緒安全的函式由於可能使用互斥鎖，在訊號處理函式中遞迴呼叫會出現死鎖，所以執行緒安全的函式也不一定是非同步訊號安全的。

其它

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1. 訊號就像硬體中斷一樣，會打斷正在執行的指令序列。訊號處理函式無法判斷捕獲到訊號的時候，程序在何處執行。如果訊號處理函式中的操作與打斷的函式的操作相同，而且這個操作中有靜態資料結構等，當訊號處理函式返回的時候（當然這裡討論的是訊號處理函式可以返回），恢復原先的執行序列，可能會導致訊號處理函式中的操作覆蓋了之前正常操作中的資料。
   所以通常函式不可重入的原因在於：

   • 函式使用靜態資料結構；
   • 函式呼叫malloc和free.因為malloc通常會為所分配的儲存區維護一個連結表，而插入執行訊號處理函式的時候，程序可能正在修改此連結表；
   • 函式是標準IO函式，因為標準IO庫的很多實現都使用了全域性資料結構；
   • 函式會修改自身程式碼，導致多次呼叫不同程式碼;
   • 等等。

2. 即使對於可重入函式，在訊號處理函式中使用也需要注意一個問題就是errno。一個執行緒中只有一個errno變數，訊號處理函式中使用的可重入函式也有可能會修改errno。例如，read函式是可重入的，但是它也有可能會修改errno。因此，正確的做法是在訊號處理函式開始，先儲存errno；在訊號處理函式退出的時候，再恢復errno。
   例如，程式正在呼叫printf輸出，但是在呼叫printf時，出現了訊號，對應的訊號處理函式也有printf語句，就會導致兩個printf的輸出混雜在一起。
   如果是給printf加鎖的話，同樣是上面的情況就會導致死鎖。對於這種情況，採用的方法一般是在特定的區域遮蔽一定的訊號。
   遮蔽訊號的方法：
   1> signal(SIGPIPE, SIG_IGN); //忽略一些訊號
   2> sigprocmask()
   sigprocmask只為單執行緒定義的
   3> pthread_sigmask()
   pthread_sigmasks可以在多執行緒中使用

3. 很多函式並不是執行緒安全的，因為他們返回的資料是存放在靜態的記憶體緩衝區中的。通過修改介面，由呼叫者自行提供緩衝區就可以使這些函式變為執行緒安全的。作業系統實現支援執行緒安全函式的時候，會對POSIX.1中的一些非執行緒安全的函式提供一些可替換的執行緒安全版本。
   例如,gethostbyname()是執行緒不安全的，在Linux中提供了gethostbyname_r()的執行緒安全實現。
   函式名字後面加上”_r”，以表明這個版本是可重入的（對於執行緒可重入，也就是說是執行緒安全的，但並不是說對於訊號處理函式也是可重入的，或者是非同步訊號安全的）。

4. 多執行緒程式中常見的疏忽性問題

   • 將指標作為新執行緒的引數傳遞給呼叫方棧，我就犯過這樣的錯…
   • 在沒有同步機制保護的情況下訪問全域性記憶體的共享可更改狀態。
   • 兩個執行緒嘗試輪流獲取對同一對全域性資源的許可權時導致死鎖。其中一個執行緒控制第一種資源，另一個執行緒控制第二種資源。其中一個執行緒放棄之前，任何一個執行緒都無法繼續操作。
   • 嘗試重新獲取已持有的鎖（遞迴死鎖）。
   • 在同步保護中建立隱藏的間隔。如果受保護的程式碼段包含的函式釋放了同步機制，而又在返回呼叫方之前重新獲取了該同步機制，則將在保護中出現此間隔。結果具有誤導性。對於呼叫方，表面上看全域性資料已受到保護，而實際上未受到保護。
   • 將UNIX 訊號與執行緒混合時，使用sigwait(2) 模型來處理非同步訊號。
   • 呼叫setjmp(3C) 和longjmp(3C)，然後長時間跳躍，而不釋放互斥鎖。
   • 從對*_cond_wait() 或*_cond_timedwait() 的呼叫中返回後無法重新評估條件。

5. 如果一個函式對多個執行緒來說是可重入的，則說這個函式是執行緒安全的，但這並不能說明對訊號處理程式來說該函式也是可重入的。
   如果函式對非同步訊號處理程式的重入是安全的，那麼就可以說函式是”非同步-訊號安全”的。

參考文件