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可重入函數與不可重入函數

來源：http://blog.chinaunix.net/u/25994/showart_369466.html

主要用于多任務環境中，一個可重入的函數簡單來說就是可以被中斷的函數，也就是說，可以在這個函數執行的任何時刻中斷它，轉入OS調度下去執行另外一段代碼，而返回控制時不會出現什么錯誤；而不可重入的函數由于使用了一些系統資源，比如全局變量區，中斷向量表等，所以它如果被中斷的話，可能會出現問題，這類函數是不能運行在多任務環境下的。

也可以這樣理解，重入即表示重復進入，首先它意味著這個函數可以被中斷，其次意味著它除了使用自己棧上的變量以外不依賴于任何環境（包括static），這樣的函數就是purecode（純代碼）可重入，可以允許有該函數的多個副本在運行，由于它們使用的是分離的棧，所以不會互相干擾。如果確實需要訪問全局變量（包括static），一定要注意實施互斥手段。可重入函數在并行運行環境中非常重要，但是一般要為訪問全局變量付出一些性能代價。

編寫可重入函數時，若使用全局變量，則應通過關中斷、信號量（即P、V操作）等手段對其加以保護。

說明：若對所使用的全局變量不加以保護，則此函數就不具有可重入性，即當多個進程調用此函數時，很有可能使有關全局變量變為不可知狀態。

示例：假設Exam是int型全局變量，函數Squre_Exam返回Exam平方值。那么如下函數不具有可重入性。

unsigned int example( int para )

{

unsigned int temp;

Exam = para; // （**）

temp = Square_Exam( );

return temp;

}

此函數若被多個進程調用的話，其結果可能是未知的，因為當（**）語句剛執行完后，另外一個使用本函數的進程可能正好被激活，那么當新激活的進程執行到此函數時，將使Exam賦與另一個不同的para值，所以當控制重新回到“temp = Square_Exam( )”后，計算出的temp很可能不是預想中的結果。此函數應如下改進。

unsigned int example( int para ) {

unsigned int temp;

[申請信號量操作] //(1)

Exam = para;

temp = Square_Exam( );

[釋放信號量操作]

return temp;

}

    (1)若申請不到“信號量”，說明另外的進程正處于給Exam賦值并計算其平方過程中（即正在使用此信號）,本進程必須等待其釋放信號后，才可繼續執行。若申請到信號，則可繼續執行，但其它進程必須等待本進程釋放信號量后，才能再使用本信號。

    保證函數的可重入性的方法：
    在寫函數時候盡量使用局部變量（例如寄存器、堆棧中的變量），對于要使用的全局變量要加以保護（如采取關中斷、信號量等方法），這樣構成的函數就一定是一個可重入的函數。
    VxWorks中采取的可重入的技術有：
    * 動態堆棧變量（各子函數有自己獨立的堆棧空間）
    * 受保護的全局變量和靜態變量
    * 任務變量

--------------------------------------------------
    在實時系統的設計中，經常會出現多個任務調用同一個函數的情況。如果這個函數不幸被設計成為不可重入的函數的話，那么不同任務調用這個函數時可能修改其他任務調用這個函數的數據，從而導致不可預料的后果。那么什么是可重入函數呢？所謂可重入函數是指一個可以被多個任務調用的過程，任務在調用時不必擔心數據是否會出錯。不可重入函數在實時系統設計中被視為不安全函數。滿足下列條件的函數多數是不可重入的：
    1) 函數體內使用了靜態的數據結構；
    2) 函數體內調用了malloc()或者free()函數；
    3) 函數體內調用了標準I/O函數。

    下面舉例加以說明。
    A. 可重入函數

void strcpy(char *lpszDest, char *lpszSrc)

{

while(*lpszDest++=*lpszSrc++);

*dest=0;

}

B. 不可重入函數1

charcTemp;//全局變量

void SwapChar1(char *lpcX, char *lpcY)

{

cTemp=*lpcX;

*lpcX=*lpcY;

lpcY=cTemp;//訪問了全局變量

}

C. 不可重入函數2

void SwapChar2(char *lpcX,char *lpcY)

{

static char cTemp;//靜態局部變量

cTemp=*lpcX;

*lpcX=*lpcY;

lpcY=cTemp;//使用了靜態局部變量

}

    問題1，如何編寫可重入的函數？
    答：在函數體內不訪問那些全局變量，不使用靜態局部變量，堅持只使用局部變量，寫出的函數就將是可重入的。如果必須訪問全局變量，記住利用互斥信號量來保護全局變量。

    問題2，如何將一個不可重入的函數改寫成可重入的函數？
    答：把一個不可重入函數變成可重入的唯一方法是用可重入規則來重寫它。其實很簡單，只要遵守了幾條很容易理解的規則，那么寫出來的函數就是可重入的。
    1) 不要使用全局變量。因為別的代碼很可能覆蓋這些變量值。
    2) 在和硬件發生交互的時候，切記執行類似disinterrupt()之類的操作，就是關閉硬件中斷。完成交互記得打開中斷，在有些系列上，這叫做“進入/退出核心”。
    3) 不能調用其它任何不可重入的函數。
    4) 謹慎使用堆棧。最好先在使用前先OS_ENTER_KERNAL。

    堆棧操作涉及內存分配，稍不留神就會造成益出導致覆蓋其他任務的數據，所以，請謹慎使用堆棧！最好別用！很多黑客程序就利用了這一點以便系統執行非法代碼從而輕松獲得系統控制權。還有一些規則，總之，時刻記住一句話：保證中斷是安全的！

    實例問題：曾經設計過如下一個函數，在代碼檢視的時候被提醒有bug，因為這個函數是不可重入的，為什么？

unsigned int sum_int( unsigned int base )

{

unsigned int index;

static unsigned int sum = 0; // 注意，是static類型

for (index = 1; index <= base; index++)

sum += index;

return sum;

}

    分析：所謂的函數是可重入的（也可以說是可預測的），即只要輸入數據相同就應產生相同的輸出。這個函數之所以是不可預測的，就是因為函數中使用了static變量，因為static變量的特征，這樣的函數被稱為：帶“內部存儲器”功能的的函數。因此如果需要一個可重入的函數，一定要避免函數中使用static變量，這種函數中的static變量，使用原則是，能不用盡量不用。
    將上面的函數修改為可重入的函數，只要將聲明sum變量中的static關鍵字去掉，變量sum即變為一個auto類型的變量，函數即變為一個可重入的函數。
    當然，有些時候，在函數中是必須要使用static變量的，比如當某函數的返回值為指針類型時，則必須是static的局部變量的地址作為返回值，若為auto類型，則返回為錯指針。

posted on 2008-06-26 00:29 楊粼波閱讀(344) 評論(0) 編輯收藏引用

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