可重入函数与volatile限定符

可重入函数与volatile限定符

可重入函数

进程捕捉到信号并对其进行处理时，进程正在执行的正常指令序列就被信号处理函数中断，进程就会跳转去执行信号处理函数。当执行完信号处理函数返回后，再返回之前主程序执行流继续按原指令执行。

此时会出现一个问题，假设主执行流正在执行一个链表的插入操作，在一个无头的单链表中，当主程序刚将一个节点头插到首节点上，但还未将头指针前移时，捕捉到信号，而信号处理函数的处理动作也是向首节点头插一个节点，当执行完信号处理函数返回后，继续执行主控制流指令，即将头指针前移到第一个头插的节点上，此时，在信号处理函数中插入的节点将丢失，因此造成内存泄漏。

所以在信号处理过程中会造成程序安全的函数为不可冲入函数

不可重入函数有以下特点

• 已知它们使用静态结构
• 调用malloc或free
• 是标准I/O函数

而在信号处理程序中保证调用安全的函数称为可重入函数

Volatile

保持内存的可见性

[wens@bogon _volatile]$ cat makefile
test:test.cpp
	g++ -o $@ $^ -O2   //O2防止编译器的优化
.PHONY:clean
clean:
	rm -f test
[wens@bogon _volatile]$ 

不加volatile

[wens@bogon _volatile]$ ./test
^Cflags change
^Cflags change
^Cflags change
^Cflags change
^Cflags change
^Cflags change
^\Quit (core dumped)

添加volatile

#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;

volatile int flags=0;
void handler(int sig)
{
      flags=1;
      cout<<"flags change"<<endl;
}
int main()
{
  signal(SIGINT,handler);
  while(!flags);
  cout<<"flags= "<<flags<<endl;
  return 0;
} 

[wens@bogon _volatile]$ ./test
^Cflags change
flags= 1

当程序只有单执行流的时候，如果编译器没有检测到flsgs的改变，就会将其优化，放入寄存器中，省去了每次从内存中读取数据的操作，提高了效率。但当出现多执行流时，虽然编译器检测到了flags的改变，但是却无法判断两个执行流之间的关系，无法识别多执行流，只能按找原方案优化。之所以存在多执行流的的原因是因为执行了系统调用如sigaction等，所以需要我们自己进行判断。

需要volatile限定符修饰的场景

• 程序中存在多个执行流访问同一个全局变量
• 变量的内存单元中的数据不需要写操作就会自己发生改变，每次读的数都不一样
• 多次向变量的内存单元中写数据，即使不读取也是有意义的，如映射到内存地址空间的硬件寄存器
• 串口的接受寄存器是第一种情况，发送寄存器是第二种情况
• sig_atomic_t修饰的变量

一个简单的赋值运算，在不同的平台下底层的操作也不同，在32位的平台下对64位的long long 的变量进行赋值，底层因为寄存器为32位，所以要执行两步，导致一个赋值的操作不再是原子操作。而要保证这些读写操作要是原子操作，所以在c标准中定义了一个类型sig_atomic_t,在不同平台的c语言库中取不同的类型。在32位的机器上，sig_atomic_t的类型为int型。