在我的上一篇文章《本地POSIX線程庫》中，提到了Futex一詞，發(fā)現(xiàn)好多讀者誤以為這是我的筆誤，將Mutex錯(cuò)寫為Futex了。其實(shí)Futex是Linux的一種全新的線程同步原語。本文將為您解讀高效的Futex。

Futex是fast userspace mutex的縮寫，意思是快速用戶空間互斥體。Linux內(nèi)核把它們作為快速的用戶空間的鎖和信號(hào)量的預(yù)制構(gòu)件提供給開發(fā)者。Futex非常基礎(chǔ)，借助其自身的優(yōu)異性能，構(gòu)建更高級(jí)別的鎖的抽象，如POSIX互斥體。大多數(shù)程序員并不需要直接使用Futex，它一般用來實(shí)現(xiàn)像NPTL這樣的系統(tǒng)庫。

Futex其實(shí)就是可以由不同進(jìn)程所共享使用的一塊內(nèi)存。在這些進(jìn)程中，并不需要有相同的地址。一個(gè)光禿禿的Futex，與信號(hào)量的語義是相同的；它有一個(gè)可以被原子增減的計(jì)數(shù)器；進(jìn)程可以等待這個(gè)計(jì)數(shù)器值變?yōu)檎龜?shù)。

Futex的操作完全是在用戶空間，不需要進(jìn)行上下文切換。內(nèi)核僅在發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)候作一個(gè)公斷。它的本質(zhì)結(jié)構(gòu)是一個(gè)對(duì)齊的整數(shù)，僅由原子的匯編指令操作。進(jìn)程們可以通過mmap，在共享段中訪問它，或許是由于進(jìn)程們共享了內(nèi)存空間，通常就把這樣的應(yīng)用程序稱為多線程程序。

任何Futex的操作都起始于用戶空間，但是在必要的時(shí)候還是需要使用某些系統(tǒng)調(diào)用與內(nèi)核通訊的。

要“up”一個(gè)Futex，需執(zhí)行正確的匯編指令使主CPU原子的遞增這個(gè)整數(shù)。然后，檢查它是否已從0變?yōu)?，這說明沒有等待進(jìn)程，操作完成。這是無競(jìng)爭(zhēng)情況，這很快而且應(yīng)該很普遍。

在競(jìng)爭(zhēng)情況下，原子增量從-1(或者是其他的負(fù)數(shù))開始變化。如果是這樣的話，說明有等待進(jìn)程。用戶空間應(yīng)立即將計(jì)數(shù)器設(shè)置為1，并通知內(nèi)核喚醒那些正使用FUTEX_WAKE操作的等待進(jìn)程。

正等待一個(gè)Futex時(shí)，“down”它是一個(gè)相反的操作。原子遞減這個(gè)計(jì)數(shù)器，并檢查它是否變?yōu)?，使操作完成，Futex無競(jìng)爭(zhēng)。在所有其他的情況下，進(jìn)程會(huì)設(shè)置計(jì)數(shù)器為-1，并請(qǐng)求內(nèi)核等待其他進(jìn)程“up”Futex。這是通過FUTEX_WAIT操作完成的。

Futex是由Hubertus Franke(IBM Thomas J. Watson研究中心)，Matthew Kirkwood，Ingo Molnar (Red Hat)和Rusty Russell (IBM Linux科技中心)設(shè)計(jì)并維護(hù)的。最初的Futex的支持是從Linux2.5.7開始的，但是以上述語義有些不同。當(dāng)前的語義是從Linux2.5.40獲得的，在Linux2.5.70至2.6.7，已經(jīng)可以獲得更多的附加功能了。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的linux futex 进程同步,Linux的新式线程同步原语——Futex的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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