НАИМЕНОВАНИЕ

       futex - быстрая блокировка в пользовательском пространстве

ОБЗОР

       #include <linux/futex.h>

ОПИСАНИЕ

       Ядро  Linux  предоставляет фьютексы (futexes, «быстрые мьютексы (mutexes, взаимоисключающие блокировки) в
       пользовательском пространстве») в качестве строительного блока для быстрой блокировки в  пользовательском
       пространстве  и  семафоров.  Фьютексы  очень  просты  и  полезны  для создания высокоуровневых абстракций
       блокировок, таких как мьютексы, условных переменных, блокировок чтения-записи, барьеров и семафоров.

       Большинство программистов, фактически,  не  используют  фьютексы  напрямую,  а  полагаются  на  системные
       библиотеки,   которые  на  них  построены,  такие  как  Native  POSIX  Thread  Library  (NPTL)  (смотрите
       pthreads(7)).

       Фьютекс отождествляется с участком памяти, который может быть общим  для  процессов  или  нитей.  В  этих
       процессах фьютекс может быть доступен по разным адресам. В своей основе фьютекс имеет семантику семафора;
       это счётчик, который можно увеличивать и уменьшать атомарно; процессы могут ждать пока значение не станет
       положительным.

       Работа  с  фьютексом  выполняется  полностью  в  пользовательском  пространстве  при отсутствии конфликта
       (noncontended case). Ядро привлекается только для разрешения конфликтов. Так как  все  проектные  решения
       стремятся к отсутствию конфликтов, фьютексы также оптимизированы под эту ситуацию.

       В  своей  основе фьютекс — это целое число, которое изменяется только атомарными инструкциями ассемблера.
       Это целое число размером 4 байта на всех платформах. Процессы  могут  совместно  использовать  это  число
       посредством  mmap(2),  сегментов  общей памяти или общего пространства памяти (share memory space, в этом
       случае приложение, обычно, называют многонитевым).

   Поведение
       Любое действие с фьютексом начинается в пользовательском пространстве, но может потребовать  обращения  к
       ядру через системный вызов futex(2).

       Для  «установки»  фьютекса  выполняются  соответствующие  ассемблерные  инструкции, которые заставляют ЦП
       машины атомарно увеличить целое число. Далее проверяется, было ли действительно изменено значение с 0  на
       1,  то  есть  не  было  ожидающих  и операция выполнена. Это бесконфликтный вариант, выполняется быстро и
       должен возникать чаще всего.

       При возникновении конфликта, атомарное увеличение изменяет  счётчик  с  -1  (или  другого  отрицательного
       числа). Это означает, что есть ожидающие. В пользовательском пространстве теперь нужно присвоить счётчику
       1 и дать команду ядру пробудить всех ожидающих с помощью операции FUTEX_WAKE.

       Ожидание  фьютекса,  его «сброс», является обратной операцией. Происходит атомарное уменьшение счётчика и
       проверка того, стал ли он равен 0, то есть операция выполнена и фьютекс был неконфликтным. Во всех других
       случаях,  процесс  должен  присвоить  счётчику  -1  и  запросить  ядро  об  ожидании  другого   процесса,
       устанавливающего фьютекс. Это выполняется с помощью операции FUTEX_WAIT.

       В  системном  вызове futex(2) можно указать время ожидания, то есть как долго ядро должно ждать установку
       фьютекса, В этом случае семантика более сложна и программисту нужно обратиться к futex(2). Это тоже самое
       что и ожидания асинхронного фьютекса.

ВЕРСИИ

       Впервые поддержка  фьютексов  появилась  в  Linux  2.5.7,  но  с  другой  семантикой.  Текущая  семантика
       используется в Linux с версии 2.5.40.

ПРИМЕЧАНИЯ

       Ещё  раз  повторим:  в  чистом  виде фьютексы не являются лёгкой в использовании абстракцией для конечных
       пользователей. Использующие их программисты должны иметь хороший  запас  знаний  об  ассемблере  и  уметь
       читать исходный код библиотеки фьютексов для пользовательского пространства, указанной далее.

       В  этой справочной странице показано самое распространённое использование примитивов futex(2), которое ни
       в коем случае не единственное.

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ

       clone(2), futex(2), get_robust_list(2), set_robust_list(2), set_tid_address(2), pthreads(7)

       Fuss, Futexes and Furwocks: Быстрая блокировка на уровне пользователя в  Linux  (материалы  Ottawa  Linux
       Symposium  2002),  библиотека  примеров  фьютексов,  futex-*.tar.bz2 https://mirrors.kernel.org/pub/linux
       /kernel/people/.

ПЕРЕВОД

       Русский перевод этой страницы  руководства  разработал(и)  Azamat  Hackimov  <azamat.hackimov@gmail.com>,
       Dmitry    Bolkhovskikh    <d20052005@yandex.ru>,    Yuri   Kozlov   <yuray@komyakino.ru>,   Иван   Павлов
       <pavia00@gmail.com> и Kirill Rekhov <krekhov.dev@gmail.com>

       Этот перевод является свободной программной документацией; он распространяется на условиях  общедоступной
       лицензии  GNU  (GNU  General Public License - GPL, https://www.gnu.org/licenses/gpl-3.0.html версии 3 или
       более поздней) в отношении авторского права, но БЕЗ КАКИХ-ЛИБО ГАРАНТИЙ.

       Если вы обнаружите какие-либо ошибки в переводе этой страницы руководства, пожалуйста, сообщите  об  этом
       разработчику(ам)   по   его(их)  адресу(ам)  электронной  почты  или  по  адресу  списка рассылки русских
       переводчиков.

Справочные страницы Linux 6.9.1                   2 мая 2024 г.                                         futex(7)