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為什么中斷處理函數(shù)不能直接調(diào)用不可重入函數(shù)

strongerHuang ? 來源:strongerHuang ? 作者:C語言與CPP編程 ? 2021-02-17 09:33 ? 次閱讀
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1 前言

最近在公司維護(hù)的項(xiàng)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?yàn)橹袛嗵幚砗瘮?shù)的調(diào)用了不可重入函數(shù),導(dǎo)致中斷丟失和系統(tǒng)位置錯誤,這里直接導(dǎo)致嵌入式 linux 系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)程中的所有線程停掉,進(jìn)而導(dǎo)致看門狗進(jìn)程得不到喂狗,設(shè)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(wù)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(zhuǎn)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(yùn)行在多任務(wù)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(jié)構(gòu);

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(biāo)準(zhǔn) I/O 函數(shù);

A. 可重入函數(shù)

o4YBAF_2ZTuAc1xyAAAeslwkBXY186.jpg

B. 不可重入函數(shù)1

o4YBAF_2ZU2AR4Z7AAAkUu9cugE344.jpg

C. 不可重入函數(shù)2

pIYBAF_2ZV6AJsskAAAo5ZMEv4M490.jpg

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(wù)系統(tǒng)下,中斷可能在任務(wù)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(fù)到斷點(diǎn)進(jìn)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(fù)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(shí)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(hù)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(dāng)函數(shù)回到斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行時,其結(jié)果就不可預(yù)料了。

在中斷處理函數(shù)中調(diào)用有互斥鎖保護(hù)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(dǎo)致中斷處理函數(shù)不能及時返回,導(dǎo)致中斷丟失等嚴(yán)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(jìn)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(hù)全局變量?;蛘哒{(diào)用該函數(shù)前關(guān)中斷,調(diào)用后再開中斷;

不使用靜態(tài)局部變量;

堅(jiān)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(guān)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(jìn)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(jǐn)慎使用堆棧。最好先在使用前先 OS_ENTER_KERNAL;

責(zé)任編輯:xj

原文標(biāo)題:中斷函數(shù)調(diào)用不可重入函數(shù)的后果

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原文標(biāo)題:中斷函數(shù)調(diào)用不可重入函數(shù)的后果

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