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Reentrant vs Thread-safe


Part 3: C 語言例子 (thread-safe function)

接下來, 我們來看一些 thread-safe 的例子: 首先是在 wiki 網站上的一個 Thread-safe 但不是 reentrant 的例子.

#include <pthread.h>

int increment_counter() {
    static int counter = 0;
    static pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

    pthread_mutex_lock(&mutex);

    // only allow one thread to increment at a time
    ++counter;
    // store value before any other threads increment it further
    int result = counter;

    pthread_mutex_unlock(&mutex);

    return result;
}

這個例子中的 increment_counter() 可以被多個執行緒呼叫而不會產生任何問題, 因為它用了一個 mutex 來保護 (同步) 所有對共用的靜態變數 counter 的存取. 但是如果中斷服務程式 ISR 也呼叫了 increment_counter(), 就會很容易使系統當掉. 原因是如果中斷發生在執行緒正呼叫 increment_counter() 時 (尤其是 mutex lock 和 unlock 之間), 那 ISR 將永遠等不到 mutex 被 unlock. 因為 CPU 接受中斷進入 ISR 後, 只有 ISR 完成, 才會回到執行緒. 記住: 中斷永遠比正常執行優先, 所以 ISR 要比執行緒或者是 OS 核心優先執行.

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Reentrant vs Thread-safe


Part 2: C 語言例子 (reentrant function)

先來看 reentrant 的例子: 最常見到用來說明 reentrant 的例子大概就屬 swap()

int t;

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

void isr(void) {
    int x = 1, y = 2;
    swap(&x, &y);
    ...
    return;
}

void main(void) {
    int x = 3, y = 4;
    ...
    swap(&x, &y);
    ...
}

這個例子中的 swap() 函數是 non-reentrant function (而且也不是 thread-save). 原因是第4行及第6行用到共用的變數 t. 即便是我們用的是 32bit CPU, 甚至也有技援 mem. to mem. 移轉資料不被中斷, 也還是有二個時間點(在第5行執行前或執行後) 發生中斷會產生錯誤的執行結果. 如下表的 NG Example 1 和 NG Example 2 所示

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Reentrant vs Thread-safe



Reentrancy 和 thread-safty 是兩個容易被搞混了的觀念. 其中最嚴重的是誤以為 reentrant function 必定是 thread-safe 或者相反以為 thread-safe function 必為 reentrant, stackoverflow 網站上的答覆甚至同時出現二種答案的現象.

Reentrancy 和 Thread-safty 二者的差異


首先來看 reentrancy: 字面上的意思是可重入. Reentrancy 原先是討論單一執行緒環境下 (即沒有使用多工作業系統時) 的主程式和中斷服務程式 (ISR) 之間共用函數的問題. 當然現在多核心的 CPU 盛行, 討論範圍也必需擴充至多執行緒的情況. 主要的達成條件是共用函數中不使用靜態變數或全域變數 (意即只用區域變數). 一般是撰寫驅動程式 (device driver) 或者是寫 embedded system 的人會遇到這個問題.

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Keil C51 和標準 C 主要的差異



Keil 的 C51 是以 ANSI C90 為其設計基礎, 即便是如此, 它和標準 C 語言 (ANSI C90) 之間還是有幾個滿大的差異:

  • Keil C51 因應 8051 的特性多了 bit, sbit, sfr, sfr16 等四種資料型態. 一般我們只會用到 bit, 其他三個是定義 CPU 的特殊功能暫存器用的.
  • Keil C51 在定義變數時多了儲存空間修飾字, 用來修改變數使用記憶體空間. 詳細可參考這一篇
  • 多了定義中斷服務常式 ISR 的方法及進入 ISR 時切換暫存器區段 (register bank) 的語法, 例如: static void UART0_ISR(void) interrupt 4 using 2
  • 標準函數庫沒有依標準來實作, 如: printf()
  • 在 Keil C51 中, 函數預設是 non-reentrant, 這點是最嚴重的差異. 我們在使用時要有所警覺才好, 才不致於掉到陷阱裡而不自知.

什麼是 reentrant


在此先來了解一下 reentrant 的定義, Wiki 網站上給 reentrancy 下的定義是

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我的用 NB 在用 IE11 瀏覽一些網站上經常出現像這樣的怪現象. (只有 IE 會這樣)

IE Scrollbar Bug

在網路上查了好久都沒有答案, 今天在測試 VM 時順便也試了一下, 結果很令人傻眼...

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