聊一聊關于可重入函數(shù)
1 前言
最近在公司維護的項目中碰到一個解決了定位很久的 bug , bug 找到的時候發(fā)現(xiàn)犯了很低級的錯誤——在中斷處理函數(shù)中調(diào)用了 printf 函數(shù)，因為中斷處理函數(shù)的調(diào)用了不可重入函數(shù)，導致中斷丟失和系統(tǒng)位置錯誤，這里直接導致嵌入式 linux 系統(tǒng)應用進程中的所有線程停掉，進而導致看門狗進程得不到喂狗，設備重啟。
- 那什么是不可重入函數(shù)呢?
- 為什么中斷處理函數(shù)不能直接調(diào)用不可重入函數(shù)?
- 怎樣寫可重入函數(shù)?
就以上三個問題展開小短文：
2 什么是不可重入函數(shù)?
可重入函數(shù)主要用于多任務環(huán)境中，一個可重入的函數(shù)簡單來說就是可以被中斷的函數(shù)，也就是說，可以在這個函數(shù)執(zhí)行的任何時刻中斷它，轉入 OS 調(diào)度下去執(zhí)行另外一段代碼，而返回控制時不會出現(xiàn)什么錯誤;而不可重入的函數(shù)由于使用了一些系統(tǒng)資源，比如全局變量區(qū)，中斷向量表等，所以它如果被中斷的話，可能會出現(xiàn)問題，這類函數(shù)是不能運行在多任務環(huán)境下的。
滿足下列條件的函數(shù)多數(shù)是不可重入的：
- 函數(shù)體內(nèi)使用了靜態(tài)(static)的數(shù)據(jù)結構;
- 函數(shù)體內(nèi)調(diào)用了 malloc() 或者 free() 函數(shù);
- 函數(shù)體內(nèi)調(diào)用了標準 I/O 函數(shù);
A. 可重入函數(shù)
- void strcpy(char *lpszDest, char *lpszSrc)
- {
- while(*lpszDest++=*lpszSrc++);///< 使用的局部變量
- *dest=0;
- }
B. 不可重入函數(shù)1
- char cTemp; ///< 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(shù)2
- void SwapChar2(char *lpcX,char *lpcY)
- {
- static char cTemp; ///< 靜態(tài)局部變量
- cTemp=*lpcX;
- *lpcX=*lpcY;
- lpcY=cTemp; ///< 使用了靜態(tài)局部變量
- }
3 為什么中斷處理函數(shù)不能直接調(diào)用不可重入函數(shù)?
在多任務系統(tǒng)下，中斷可能在任務執(zhí)行的任何時間發(fā)生;如果一個函數(shù)的執(zhí)行期間被中斷后，到重新恢復到斷點進行執(zhí)行的過程中，函數(shù)所依賴的環(huán)境沒有發(fā)生改變，那么這個函數(shù)就是可重入的，否則就不可重入。
在中斷前后不都要保存和恢復上下文嗎，怎么會出現(xiàn)函數(shù)所依賴的環(huán)境發(fā)生改變了呢?我們知道中斷時確實保存一些上下文，但是僅限于返回地址，cpu 寄存器等之類的少量上下文，而函數(shù)內(nèi)部使用的諸如全局或靜態(tài)變量，buffer 等并不在保護之列，所以如果這些值在函數(shù)被中斷期間發(fā)生了改變，那么當函數(shù)回到斷點繼續(xù)執(zhí)行時，其結果就不可預料了。
在中斷處理函數(shù)中調(diào)用有互斥鎖保護的全局變量，如果恰好該變量正在被另一個線程調(diào)用，會導致中斷處理函數(shù)不能及時返回，導致中斷丟失等嚴重問題。
并且在多線程環(huán)境中使用，在沒有加鎖的情況下，對同一段內(nèi)存塊進行并發(fā)讀寫，就會造成 segmentfault/coredump 之類的問題。
總而言之，中斷處理函數(shù)做的事情越簡單越好。
4 如何寫出可重入的函數(shù)?
- 在函數(shù)體內(nèi)不訪問那些全局變量;
- 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。或者調(diào)用該函數(shù)前關中斷，調(diào)用后再開中斷;
- 不使用靜態(tài)局部變量;
- 堅持只使用缺省態(tài)(auto)局部變量;
- 在和硬件發(fā)生交互的時候，切記關閉硬件中斷。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”或者用 OS_ENTER_KERNAL/OS_EXIT_KERNAL 來描述;
- 不能調(diào)用任何不可重入的函數(shù);
- 謹慎使用堆棧。最好先在使用前先 OS_ENTER_KERNAL;
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