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隨著多處理器、多核、多線程的發(fā)展，線程安全性已經(jīng)成為了一個非常重要的問題。在多線程的環(huán)境下，多個線程同時訪問同一個函數(shù)可能會導(dǎo)致函數(shù)的不確定性行為，如競爭條件和死鎖等問題。因此，在編寫多線程程序時，不同的線程需要擁有不同的存儲空間，以確保線程之間的獨立。
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printf函數(shù)是C語言中最常用的函數(shù)之一，其主要作用是將格式化數(shù)據(jù)寫入標準輸出（std Out）。由于其較為簡單易用，很多程序員都選擇使用printf函數(shù)打印調(diào)試信息，而這個函數(shù)同時也是一個常見的線程安全性問題存在的地方。
在Linux操作系統(tǒng)中，詳細分析printf函數(shù)的線程安全性問題顯得尤為重要。Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核使用共享文件描述符和共享內(nèi)存空間實現(xiàn)線程之間的通信，這就可能導(dǎo)致printf函數(shù)在多線程程序中存在線程安全性問題。
在多線程環(huán)境下，printf函數(shù)的線程安全性如何保障？
我們在解決這個問題之前，需要先了解一下printf函數(shù)的機制。printf函數(shù)將所需要打印的數(shù)據(jù)先解析成一個格式化的字符串，再通過sys_write()函數(shù)將其寫入文件描述符。由此可得，在多線程程序中，多個線程可能會同時訪問sys_write()函數(shù)，從而導(dǎo)致競爭條件的出現(xiàn)。
那么，該如何避免這種競爭條件呢？
一種解決方法是使用互斥鎖（mutex）。通過給sys_write()函數(shù)加鎖，不同的線程就可以依次訪問sys_write()函數(shù)。這樣就避免了競爭條件的出現(xiàn)，但是這種方法增加了程序的復(fù)雜度，同時也會降低程序的性能。
另一種解決方法是使用文件描述符鎖（flock）。flock系統(tǒng)調(diào)用是一種在文件級別上的排它鎖，通過給標準輸出的文件描述符加鎖來保證printf函數(shù)的線程安全性。在多線程環(huán)境下，將文件描述符鎖定可確保printf函數(shù)執(zhí)行順序的唯一性，從而避免了競爭條件的出現(xiàn)。
在Linux操作系統(tǒng)中，也存在第三種方法解決多線程中printf函數(shù)的線程安全性問題。那就是使用可重入函數(shù)（reentrant function）。
可重入函數(shù)是一種在多線程環(huán)境中能夠正確處理數(shù)據(jù)并保持其語義的函數(shù)。與常規(guī)函數(shù)不同的是，可重入函數(shù)在執(zhí)行過程中不會訪問全局變量，這就避免了多個線程同時讀寫全局變量從而引起的競爭條件和死鎖等問題。因此，當程序采用可重入函數(shù)時，不同線程之間不需要進行額外的同步操作。
在Linux操作系統(tǒng)中，有許多可重入函數(shù)可以保證多線程程序的線程安全性。例如，memcpy函數(shù)、strtok函數(shù)和rand函數(shù)等。
在多線程環(huán)境下，線程安全性問題一直都是一個很重要的議題。幾乎所有的C/C++標準函數(shù)都不是線程安全的，包括printf函數(shù)。因此，在設(shè)計多線程程序時，必須要考慮到printf函數(shù)的線程安全性問題。我們可以采用互斥鎖、文件描述符鎖和可重入函數(shù)等不同的方法來解決線程安全性問題。
上述的解決方法在實現(xiàn)上都有一定的復(fù)雜度和性能損失，因此，我們可以通過優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，降低對全局變量的訪問以及盡可能避免在線程之間進行同步操作等方法來盡量避免線程安全性問題的出現(xiàn)。
相關(guān)問題拓展閱讀：
- LinuxC語言頭里面的ERROR函數(shù)怎么使用
- linux module 不能調(diào)用printf，引發(fā)的疑問。困擾多時，請高手指點，以免本人走火入魔。
- linux c 程序線程問題.
LinuxC語言頭里面的ERROR函數(shù)怎么使用
errno會返回一個數(shù)字，每個數(shù)字代表一個錯誤類型。詳細的可以查看頭文件。/usr/include/a/errno.h
如何把errno的數(shù)字轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的文字說明？
方式一：可以使用strerrno函數(shù)
char *strerror(int errno)
使用方式如下：
fprintf(stderr,”error in CreateProcess %s, Process ID %d “,strerror(errno),processID)
將錯誤代碼轉(zhuǎn)換為字符串錯誤信息,可以將該字符串和其它的信息組合輸出到用戶界面。
注：假設(shè)processID是一個已經(jīng)獲取了的整形ID
方式二：使用perror函數(shù)
void perror(const char *s)
函數(shù)說明
perror ( )用來將上一個函數(shù)發(fā)生錯誤的原因輸出到標準錯誤(stderr),參數(shù)s 所指的字符串會先打印出,后面再加上錯誤原因 字符串。此錯誤原因依照全局變量 errno 的值來決定要輸出的字符串。
另外并不是所有的c函數(shù)調(diào)并前用發(fā)生的錯誤信息都會修改errno。例如gethostbyname函數(shù)。
errno是否是線程安全的？
errno是支持線程安全的，而且，一般而言，編譯器會自動保證errno的安全性。
我們看下相關(guān)頭文件 /usr/include/bits/errno.h
會看到如下內(nèi)容：
# if !defined _LIBC || defined _LIBC_REENTRANT
/* When using threads, errno is a per-thread value. */寬做
# define errno (*__errno_location ())
# endif
# endif /* !__ASSEMBLER__ */
#endif /* _ERRNO_H */
也就是說，在沒有定義__LIBC或者定慎蔽衡義_LIBC_REENTRANT的時候，errno是多線程/進程安全的。
為了檢測一下你編譯器是否定義上述變量，不妨使用下面一個簡單程序。
#include
#include
int main( void )
{
#ifndef __ASSEMBLER__
printf( “Undefine __ASSEMBLER__/n” );
#else
printf( “define __ASSEMBLER__/n” );
#endif
#ifndef __LIBC
printf( “Undefine __LIBC/n” );
#else
printf( “define __LIBC/n” );
#endif
#ifndef _LIBC_REENTRANT
printf( “Undefine _LIBC_REENTRANT/n” );
#else
printf( “define _LIBC_REENTRANT/n” );
#endif
return 0;
}
linux module 不能調(diào)用printf，引發(fā)的疑問。困擾多時，請高手指點，以免本人走火入魔。
你的問題非常好。
實際上，內(nèi)核的確沒有調(diào)用libc的任何東西，如果調(diào)用的話，就會調(diào)用glibc的庫，這對于幾M的皮讓肉核來說，是無羨握空法承受的。常用的所以函數(shù)在內(nèi)核里都重新實現(xiàn)了一遍(當然，內(nèi)核中只是把函數(shù)提供了相同的功能，至于優(yōu)化方面，實現(xiàn)某些函數(shù)或許沒有g(shù)lib的高效)
就拿printf來說，的確是glibc庫的東西，在內(nèi)核兄瞎中用的printk來實現(xiàn)的。
malloc在內(nèi)核中有vmalloc和kmalloc。
……
至于具體的實現(xiàn)過程，你下載內(nèi)核源代碼和glibc的源代碼，看看就能明白了。
linux c 程序線程問題.
狄仁杰: 元芳樓上的晌畢回答你怎么看!,
元芳: 大人那不科學(xué).
LZ,對于這種旁謹山問題我只能說你對linux的線程一點都不了解.
去百度看看什么運中叫做線程的分離狀態(tài)(detached state)吧.
linux 系統(tǒng)中單個進程的更大線程數(shù)有其更大的限制 PTHREAD_THREADS_MAX
這個限制可以在 /usr/include/bits/local_lim.h 中查看。
對 linuxthreads 這個值一般是 1024，對于 nptl 則沒有硬性的限制，僅僅受限于系統(tǒng)的資源
這個系統(tǒng)的資源主要就是線程的 stack 所占用的內(nèi)存，用腔洞 ulimit -s 可以查看默認的線程棧大小，一般情況下，這個值是 8M。
可以寫一段伍辯枯簡單的代碼驗證最多可以創(chuàng)建多少個線程
int main() { int i = 0; pthread_t thread; while (1) { if (pthread_create(&thread, NULL, foo, NULL) != 0) return; i ++; printf(“i = %d\n”, i); } }
試驗顯示，在 linuxthreads 上最多可以創(chuàng)建 381 個線程，之后就會返回 EAGAIN
在 nptl 上最多可以創(chuàng)建 382 個線程，之后就會返回 ENOMEM
這個值和理論完全相符，因為 32 位 linux 下的進程用戶空間是 3G 的大小，也就是 3072M，用 3072M 除以 8M 得 384，但是實際上代碼段和數(shù)據(jù)段等還要占用一些空間，這個值應(yīng)該向下取整到 383，再減去主線程，得到 382。
那為什么 linuxthreads 上還要少一個線程呢？這可太對了，因為 linuxthreads 還需要一個管理線程。
為了突破內(nèi)存的限制，可以有兩種方法
1) 用 ulimit -s 1024 減小默認的棧大小
2) 調(diào)用 pthread_create 的時候用 pthread_attr_getstacksize 設(shè)置一個較小的棧大小
要注意的是，灶棚即使這樣的也無法突破 1024 個線程的硬限制，除非重新編譯 C 庫
創(chuàng)建線程是有上限的，你以為可以任意創(chuàng)建嗎？
如果線程創(chuàng)建了桐好攜枝很多，每個線程即使局隱鉛很簡單，想要馬上完成任務(wù)退出也是一件困難的事情，在加上上下文切換，一定會導(dǎo)致創(chuàng)建太多線程錯誤的出現(xiàn)的。
何況你沒有清理線程狀態(tài)。
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網(wǎng)站欄目：Linux下的printf函數(shù)線程安全性分析(linuxprintf線程安全)
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