有了信號處理程序和線程，多個控制線程在同一時間可能潛在地調用同一個函數。

如果一個函數在同一時刻可以被多個線程安全地調用，就稱該函數是線程安全的。在Single UNIX Specification中定義的所有函數，除了表12-5中列出的函數以外，其他函數都保證是線程安全的。另外，ctermid和tmpnam函數在參數傳入空指針時并不能保證是線程安全的。類似地，wcrtomb和wcsrtombs函數如果參數mbstate_t傳入的是空指針的話，也不能保證它們是線程安全的。

表12-5 POSIX.1中不能保證線程安全的函數（此表摘自第三版）

支持線程安全函數的操作系統實現會在<unistd.h>中定義符號_POSIX_THREAD_SAFE_FUNCTIONS。應用程序可以在sysconf函數中傳入_SC_THREAD_SAFE_FUNCTIONS參數，以在運行時檢查是否支持線程安全函數。所有遵循XSI的實現要求必須支持線程安全函數。

操作系統實現支持線程安全函數這一特性時，對POSIX.1中的一些非線程安全函數，它會提供可替代的線程安全版本，表12-6列出了這些函數的線程安全版本。很多函數并不是線程安全的，因為他們返回的數據是存放在靜態的內存緩沖區中。通過修改接口，要求調用者自己提供緩沖區可以使函數變為線程安全的。

表12-6 替代的線程安全函數（此表摘自第三版）

表12-6中列出的函數的命名方式與他們的非線程安全版本的名字相似，只不過在名字最后加了_r，以表明這個版本是可重入的。

如果一個函數對多個線程來說是可重入的，則說這個函數是線程安全的，但這并不能說明對信號處理程序來說該函數也是可重入的。如果函數對異步信號處理程序的重入是安全的，那么就可以說函數是異步-信號安全的。

除了表12-6中列出的函數，POSIX.1還提供了以線程安全的方式管理FILE對象的方法。可以使用flockfile和ftrylockfile獲取與給定FILE對象關聯的鎖。這個鎖是遞歸的，當占有這把鎖的時候，還可以再次獲取該鎖，這并不會導致死鎖。雖然這種鎖的具體實現并無規定，但要求所有操作FILE對象的標準I/O例程表現得就像它們內部調用了flockfile和funlockfile一樣。

#include <stdio.h>int ftrylockfile(FILE *fp);返回值：若成功則返回0，否則返回非0值void flockfile(FILE *fp);void funlockfile(FILE *fp);

雖然標準的I/O例程從它們各自的內部數據結構這一角度出發，可能是以線程安全的方式實現的，但有時把鎖開放給應用程序仍然是非常有用的。這允許應用程序把多個對標準I/O函數的調用組合成原子序列。當然，在處理多個FILE對象時，需要注意可能出現的死鎖，并且需要對所有的鎖仔細地排序。

如果標準I/O例程都獲取它們各自的鎖，那么在做一次一個字符的I/O操作時性能就會出現嚴重的下降。在這種情況下，需要對每一個字符的讀或寫操作進行獲取鎖和釋放鎖的動作。為了避免這種開銷，出現了不加鎖版本的基于字符的標準I/O例程。

#include <stdio.h>int getchar_unlocked(void);int getc_unlocked(FILE *fp);兩者的返回值都是：若成功則返回一個字符，若已到達文件結尾或出錯則返回EOFint putchar_unlocked(int c);int putc_unlocked(int c, FILE *fp);兩者的返回值都是：若成功則返回c，若出錯則返回EOF

除非被flockfile（或ftrylockfile）和funlockfile的調用包圍，否則盡量不要調用這四個函數，因為它們會導致不可預期的結果（即由多個控制線程非同步地訪問數據所引起的種種問題）。

一旦對FILE對象進行加鎖，就可以在釋放鎖之前對這些函數進行多次調用。這樣就可以在多次的數據讀寫上分攤總的加解鎖的開銷。

 實例

程序清單12-3顯示了getenv（http://www.CUOXin.com/nufangrensheng/p/3508319.html）一個可能的實現。因為所有調用getenv的線程返回的字符串都存放在同一個靜態緩沖區中，所以這個版本不是可重入的。如果兩個線程同時調用這個函數，就會看到不一致的結果。

程序清單12-3 getenv的非可重入版本

#include <limits.h>#include <signal.h>static char envbuf[ARG_MAX];extern char **environ;char *getenv(const char *name);{    int i, len;        len = strlen(name);    for(i = 0; environ[i] != NULL; i++)    {        if((strncmp(name, environ[i], len) == 0) &&           (environ[i][len] == '='))        {            strcpy(envbuf, &environ[i][len+1]);            return(envbuf);        }    }    return(NULL);}

程序清單12-4給出了getenv的可重入版本，這個版本命名為getenv_r。它使用pthread_once函數來確保每個進程只調用一次thread_init函數。

 程序清單12-4 getenv的可重入（線程安全）版本

#include <string.h>#include <errno.h>#include <pthread.h>#include <stdlib.h>extern char **environ;pthread_mutex_t env_mutex;static pthread_once_t init_done = PTHREAD_ONCE_INIT;static voidthread_init(void){    pthread_mutexattr_t attr;        pthread_mutexattr_init(&attr);    pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);    pthread_mutex_init(&env_mutex, &attr);    pthread_mutexattr_destroy(&attr);}intgetenv_r(const char *name, char *buf, int buflen){    int i, len, olen;        pthread_once(&init_done, thread_init);    len = strlen(name);    pthread_mutex_lock(&env_mutex);    for(i = 0; environ[i][len] != NULL; i++)    {        if((strncmp(name, environ[i], len) == 0) &&          (environ[i][len] == '='))        {            olen = strlen(&environ[i][len+1]);            if(olen >= buflen)            {                pthread_mutex_unlock(&env_mutex);                return(ENOSPC);            }            strcpy(buf, &environ[i][len+1]);            pthread_mutex_unlock(&env_mutex);            return(0);        }    }    pthread_mutex_unlock(&env_mutex);    return(ENOENT);}

要使getenv_r可重入，需要改變接口，調用者必須自己提供緩沖區，這樣每個線程可以使用各自不同的緩沖區從而避免其他線程的干擾。但是注意這還不足以使getenv_r成為線程安全的，要使getenv_r成為線程安全的，需要在搜索請求的字符串時保護環境不被修改。我們可以使用互斥量，通過getenv_r和putenv函數對環境列表的訪問進行序列化。

可以使用讀寫鎖，從而允許對getenv_r的多次并發訪問，但并發性的增強可能并不會在很大程度上改善程序的性能。這里面有兩個原因：首先，環境列表通常不會很長，所以掃描列表時并不需要長時間地占有互斥量；其次，對getenv和putenv的調用不是頻繁發生的，所以改善它們的性能并不會對程序的整體性能產生很大的影響。

即使把getenv_r變成線程安全的，也并不意味著它對信號處理程序是可重入的。如果使用的是非遞歸的互斥量，當線程從信號處理程序中調用getenv_r時，就有可能出現死鎖。如果信號處理程序在線程執行getenv_r時中斷了該線程，由于這時已經占有加鎖的env_mutex，這樣其他線程試圖對這個互斥量的加鎖就會被阻塞，最終導致線程進入死鎖狀態。所以，必須使用遞歸互斥量阻止其他線程改變當前正在查看的數據結構，同時還要阻止來自信號處理程序的死鎖。問題是pthread函數并不保證是異步信號安全的，所以不能把pthread函數用于其他函數，讓該函數成為異步信號安全的。

本篇博文內容摘自《UNIX環境高級編程》（第二版），僅作個人學習記錄所用。關于本書可參考：http://www.apuebook.com/。