futex() - Unix，Linux系統呼叫

名稱

futex - 快速使用者空間鎖定系統呼叫

概要


#include <linux/futex.h> 

#include <sys/time.h> 

int futex(int *uaddr, int op, int val, const struct timespec * timeout ,
          int *uaddr2, int val3);

描述

futex() 系統呼叫提供了一種方法，允許程式等待給定地址的值發生變化，以及喚醒等待特定地址的任何程序的方法（雖然不同程序中相同記憶體的地址可能不相等，但核心會在內部對映它們，因此在不同位置對映的相同記憶體對於futex() 呼叫將對應）。正如futex(7)中所述，它通常用於實現共享記憶體中鎖的競爭情況。

當futex(7)操作未在使用者空間無競爭地完成時，需要呼叫核心進行仲裁。仲裁可以意味著使呼叫程序休眠，或者相反，喚醒等待程序。

此函式的呼叫者應遵守futex(7)中規定的語義。由於這些語義涉及編寫非行動式彙編指令，這反過來可能意味著大多數使用者實際上是庫作者，而不是一般的應用程式開發人員。

uaddr 引數需要指向一個儲存計數器的對齊整數。要執行的操作透過op 引數傳遞，以及一個值val。

目前定義了五個操作

標籤	描述
FUTEX_WAIT
	此操作會原子地驗證 futex 地址uaddr 是否仍然包含值val，並在等待此 futex 地址上的 FUTEX_WAKE 時休眠。如果timeout 引數非空，則其內容描述等待的最大持續時間，否則為無限期等待。引數uaddr2 和val3 被忽略。對於futex(7)，如果遞減計數得到負值（表示競爭），則執行此呼叫，並將休眠直到另一個程序釋放 futex 並執行 FUTEX_WAKE 操作。
FUTEX_WAKE	此操作最多喚醒val 個等待此 futex 地址（即在 FUTEX_WAIT 內部）的程序。引數timeout、uaddr2 和val3 被忽略。對於futex(7)，如果遞增計數顯示有等待者，則在 futex 值設定為 1（表示可用）後執行此操作。
FUTEX_FD	為了支援非同步喚醒，此操作將檔案描述符與 futex 關聯。如果另一個程序執行 FUTEX_WAKE，則該程序將接收在val中傳遞的訊號編號。呼叫程序必須在使用後關閉返回的檔案描述符。為了防止競爭條件，呼叫者應該在 FUTEX_FD 返回後測試 futex 是否已增加。
FUTEX_REQUEUE（自 Linux 2.5.70 起）	為了避免使用 FUTEX_WAKE 時出現“驚群效應”（thundering herd effect），並需要獲取另一個 futex 的所有喚醒程序，引入了此操作。此呼叫喚醒val 個程序，並將所有其他等待者重新排隊到地址uaddr2 上的 futex。
FUTEX_CMP_REQUEUE（自 Linux 2.6.7 起）	FUTEX_REQUEUE 的預期用途存在競爭，因此引入了 FUTEX_CMP_REQUEUE。這類似於 FUTEX_REQUEUE，但首先檢查位置uaddr 是否仍然包含值val3。如果不是，則返回錯誤 EAGAIN。

返回值

根據執行的操作，返回值可能具有不同的含義。

標籤	描述
FUTEX_WAIT	如果程序被 FUTEX_WAKE 呼叫喚醒，則返回 0。超時的情況下，返回 ETIMEDOUT。如果 futex 不等於預期值，則操作返回 EWOULDBLOCK。訊號（或其他虛假喚醒）導致 FUTEX_WAIT 返回 EINTR。
FUTEX_WAKE	返回喚醒的程序數。
FUTEX_FD	返回與 futex 關聯的新檔案描述符。
FUTEX_REQUEUE	返回喚醒的程序數。
FUTEX_CMP_REQUEUE	返回喚醒的程序數。

錯誤

錯誤程式碼	描述
EACCES	沒有對 futex 記憶體的讀取訪問許可權。
EAGAIN	FUTEX_CMP_REQUEUE 發現 futex 值意外。（這可能表示競爭；現在使用安全的 FUTEX_WAKE。）
EFAULT	從使用者空間獲取timeout 資訊時出錯。
EINVAL	未定義操作或頁面對齊錯誤。
ENFILE	已達到開啟檔案的系統總數限制。

備註

需要重申的是，裸 futex 並非旨在作為面向終端使用者的易於使用的抽象。預期實現者精通匯編語言，並閱讀過下面引用的 futex 使用者空間庫的原始碼。

版本

最初的 futex 支援合併到 Linux 2.5.7 中，但語義與上述描述不同。具有此處給定語義的 4 引數系統呼叫是在 Linux 2.5.40 中引入的。在 Linux 2.5.70 中添加了一個引數。在 Linux 2.6.7 中添加了第六個引數——混亂，尤其是在 s390 架構上。

符合標準

此係統呼叫是 Minux 特定的。

列印頁面