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NOM
futex – Verrouillage rapide en mode utilisateur
SYNOPSIS
#include <linux/futex.h>
DESCRIPTION
Le noyau Linux fournit des futex (« Fast user-space mutexes ») en tant que brique permettant un
verrouillage rapide et des sémaphores en espace utilisateur. Les futex sont très basiques et se prêtent
facilement à la construction d'abstractions de verrouillage de plus haut niveau telles que les mutex, les
conditions variables, les blocages en écriture/lecture, les barrières et les sémaphores.
En fait, la plupart des programmeurs n’ont pas à utiliser les futex directement ; ils s'appuient plutôt
sur les bibliothèques construites à partir d’eux, telle que NPTL (Native POSIX Thread Library) (consultez
pthreads(7)).
Un futex est identifié par une zone mémoire qui peut être partagée entre plusieurs processus ou plusieurs
fils d’exécution. Dans ces différents processus, il n'a pas forcément la même adresse. Dans sa forme la
plus simple, un futex a la sémantique d'un sémaphore ; il s'agit d'un compteur qui peut être incrémenté
et décrémenté de façon atomique. Les processus peuvent attendre que cette valeur devienne positive.
Une opération sur un futex est faite entièrement en espace utilisateur dans le cas où il n'y a pas de
sous-capacité. Le noyau n'est impliqué que pour arbitrer en cas de sous-capacité. Comme toute conception
saine évite cela, les futex sont aussi optimaux pour cette situation.
Dans sa forme basique, un futex est un entier aligné qui n'est modifié que par des instructions atomiques
d’assembleur. Cet entier se compose de quatre octets sur toutes les plateformes. Des processus peuvent
partager cet entier en utilisant mmap(2), à l’aide de segments de mémoire partagés, ou parce qu'ils
partagent leur espace mémoire, auquel cas l'application est dite multithreadée.
Sémantique
Toute opération futex démarre en espace utilisateur, mais il peut être nécessaire de communiquer avec le
noyau en utilisant l'appel système futex(2).
Pour incrémenter un futex, exécuter les instructions assembleur qui causent l'incrémentation de manière
atomique de l'entier par le processeur hôte. Ensuite, vérifier si sa valeur a changé de 0 à 1, auquel cas
il n'y avait pas de processus en attente et l'opération est réalisée. Il s'agit du cas sans
sous-capacité, qui est rapide et devrait être fréquent.
En cas de sous-capacité, l'incrémentation atomique a modifié la valeur -1 (ou une autre valeur négative)
du compteur. Si cette situation est détectée, il y a des processus en attente. L'espace utilisateur doit
alors définir le compteur à 1 et demander au noyau de réveiller les processus en attente avec l'opération
FUTEX_WAKE.
Attendre sur un futex, pour décrémenter le compteur, est l'opération inverse. Décrémenter le compteur de
façon atomique et vérifier si sa nouvelle valeur est 0, auquel cas l'opération est réalisée et le futex
n’était pas dans un cas de sous-capacité. Dans tous les autres cas, le processus doit régler le compteur
à -1 et demander à ce que le noyau attende qu'un autre processus incrémente le futex. Pour cela, utiliser
l'opération FUTEX_WAIT.
Un délai peut éventuellement être passé en argument à l'appel système futex(2), qui indique combien de
temps le noyau doit attendre que le futex soit incrémenté. Dans ce cas, la sémantique est plus complexe
et le programmeur devrait lire futex(2) pour plus de détails. La même remarque est valable pour l'attente
asynchrone sur un futex.
VERSIONS
La gestion des futex a été intégrée à Linux 2.5.7, mais avec une sémantique différente de celle décrite
ci-dessus. La sémantique actuelle est disponible depuis Linux 2.5.40.
NOTES
Pour rappel, les futex de base ne sont pas conçus comme une abstraction facile à employer pour les
utilisateurs finaux. Les personnes les mettant en pratique doivent maîtriser l'assembleur et avoir lu les
sources de la bibliothèque futex en espace utilisateur décrite ci-dessous.
Cette page de manuel illustre l'utilisation la plus courante des primitives futex(2). Il ne s'agit
absolument pas de la seule.
VOIR AUSSI
clone(2), futex(2), get_robust_list(2), set_robust_list(2), set_tid_address(2), pthreads(7)
« Fuss, Futexes and Furwocks: Fast Userlevel Locking in Linux » (proceedings of the Ottawa Linux
Symposium 2002), bibliothèque d'exemple de futex, futex-*.tar.bz2 ⟨https://mirrors.kernel.org/pub/linux
/kernel/people/rusty/⟩.
TRADUCTION
La traduction française de cette page de manuel a été créée par Christophe Blaess
<https://www.blaess.fr/christophe/>, Stéphan Rafin <stephan.rafin@laposte.net>, Thierry Vignaud
<tvignaud@mandriva.com>, François Micaux, Alain Portal <aportal@univ-montp2.fr>, Jean-Philippe Guérard
<fevrier@tigreraye.org>, Jean-Luc Coulon (f5ibh) <jean-luc.coulon@wanadoo.fr>, Julien Cristau
<jcristau@debian.org>, Thomas Huriaux <thomas.huriaux@gmail.com>, Nicolas François
<nicolas.francois@centraliens.net>, Florentin Duneau <fduneau@gmail.com>, Simon Paillard
<simon.paillard@resel.enst-bretagne.fr>, Denis Barbier <barbier@debian.org>, David Prévot
<david@tilapin.org> et Jean-Paul Guillonneau <guillonneau.jeanpaul@free.fr>
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