信号量以及可重入与线程安全

信号量内部实现原理：

举个例子，前台运行某个程序的时候，我们在键盘输入 Ctrl+C，就会终止这个进程，这是因为前台进程捕捉了这个有键盘传送过来的信号，并执行了相应的处理程序，那么什么又是信号捕捉呢？

如果信号的处理动作是用户自定义函数,在信号递达时就调用这个函数,这称为捕捉信号。由于信号处理函数的代码是在用户空间的,处理过程比较复杂,举例如下:
1. 用户程序注册了SIGQUIT信号的处理函数sighandler。
2. 当前正在执行main函数,这时发生中断或异常切换到内核态。
3. 在中断处理完毕后要返回用户态的main函数之前检查到有信SIGQUIT递达。
4. 内核决定返回用户态后不是恢复main函数的上下文继续执行,而是执行sighandler函数,sighandler和main函数使用不同的堆栈空间,它们之间不存在调用和被调用的关系,
是 两个独立的控制流程。
5. sighandler函数返回后自动执行特殊的系统调用sigreturn再次进入内核态。
6. 如果没有新的信号要递达,这次再返回用户态就是恢复main函数的上下文继续执行了。

所以我们可以看到一次信号捕捉有四次状态切换：用户->内核->用户->内核->用户，这里我们需要注意的点是：上述的第四点，在此强点一下，执行处理信号的函数的时候，并不是回到main函数的堆栈中执行，而是是直接到这个程序的代码处执行，并且是以用户态的权限。
所以相当于在信号发生时，该进程的控制权被转交给信号处理函数，只有等到信号处理函数完成后，才会将控制权再交还给main函数。

可重入函数

1. 单进程多次执行，即信号那种方式，加入有如下代码：

void sum(int a,int b){
    return a+b;
}
void catch_signal(int sign)
{
    sum(1,2);              //1

}

int main(int arg, char *args[])
{
    //注册终端中断信号
    signal(SIGINT, catch_signal);
    while(1){
        sum(3,4);      //2
    }
    return 0;
}

当main执行到2时，按下ctrl+c，信号发生，进入catch_signal函数，而catch_signal接下来执行到1，又进入sum函数内。这种就叫单进程重复执行。如果sum为可重入函数，这种情况下要保证结果不受上次影响。
2. 多线程或者多进程重复执行，不受上次影响。

线程安全

线程安全只要满足上面可重入的第2个要求即可。

可重入与线程安全的关系

所以说可重入的一定是线程安全，但线程安全不一定是可重入，它可以通过加锁实现的，而这种加锁实现的线程安全不是可重入的。
例如malloc,printf等等函数就是这种通过加锁实现的线程安全函数，但却不是可重入的。
例如malloc在执行时，会访问一个全局状态，而为了能够实现线程安全，所以malloc在访问之前都会加锁。
printf也是类似的。
将上面的代码的1,2处改为malloc，大家就知道为什么malloc是线程安全但却不是可重入的，因为它不满足可重入的第一个要求，单进程多次执行会出错。
例如执行到2处malloc时，按下ctrl+c，进程调到catch_signal函数中执行，执行到1处，又是malloc函数，但是由于2处执行malloc时，已经对全局状态加锁了，所以在1处时，就会发生死锁。