futex简介_fut是什么牌子

futex简介_fut是什么牌子找到一篇很好的文章,讲得深入浅出;貌似原网站也很不错。转载自http://linuxperf.com/?p=23futex(fastuserspacemutex)是Linux的一个基础构件,可以用来构建各种更高级别的同步机制,比如锁或者信号量等等,POSIX信号量就是基于futex构建的。大多数时候编写应用程序并不需要直接使用futex,一般用基于它所实现的系统库就够了。futex的性能非常优异,它是怎样做到的呢?这要从它的设计思想谈起。传统的SystemVIPC(interproces

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找到一篇很好的文章,讲得深入浅出;貌似原网站也很不错。
转载自 http://linuxperf.com/?p=23

futex (fast userspace mutex) 是Linux的一个基础构件,可以用来构建各种更高级别的同步机制,比如锁或者信号量等等,POSIX信号量就是基于futex构建的。大多数时候编写应用程序并不需要直接使用futex,一般用基于它所实现的系统库就够了。

futex的性能非常优异,它是怎样做到的呢?这要从它的设计思想谈起。传统的SystemV IPC(inter process communication)进程间同步机制都是通过内核对象来实现的,以 semaphore 为例,当进程间要同步的时候,必须通过系统调用semop(2)进入内核进行PV操作。系统调用的缺点是开销很大,需要从user mode切换到kernel mode、保存寄存器状态、从user stack切换到kernel stack、等等,通常要消耗上百条指令。

事实上,有一部分系统调用是可以避免的,因为现实中很多同步操作进行的时候根本不存在竞争,即某个进程从持有semaphore直至释放semaphore的这段时间内,常常没有其它进程对同一semaphore有需求,在这种情况下,内核的参与本来是不必要的,可是在传统机制下,持有semaphore必须先调用semop(2)进入内核去看看有没有人和它竞争,释放semaphore也必须调用semop(2)进入内核去看看有没有人在等待同一semaphore,这些不必要的系统调用造成了大量的性能损耗。

futex就为了解决这个问题而生的,它的办法是:

  • 在无竞争的情况下,futex的操作完全在user space进行,不需要系统调用;
  • 仅在发生竞争的时候进入内核去完成相应的处理(wait 或者 wake up)。

所以说,futex是一种user mode和kernel mode混合的同步机制,需要两种模式合作才能完成,futex变量必须位于user space,而不是内核对象,futex的代码也分为user mode和kernel mode两部分,无竞争的情况下在user mode,发生竞争时则通过sys_futex系统调用进入kernel mode进行处理,
具体来说:

  • futex变量是位于user space的一个整数,支持原子操作。futex同步操作都是从user space开始的。

  • 当要求持有futex的时候,对futex变量执行”down”操作,即原子递减,
    如果变量变为0,则意味着没有竞争发生,进程成功持有futex并继续在user mode运行;
    如果变量变为负数,则意味着有竞争发生,需要通过sys_futex系统调用进入内核执行futex_wait操作,让进程进入休眠等待。

  • 当释放futex的时候,对futex变量进行”up”操作,即原子递增,如果变量变成1,则意味着没有竞争发生,进程成功释放futex并继续在user mode执行;
    否则意味着有竞争,需要通过sys_futex系统调用进入内核执行futex_wake操作,唤醒正在等待的进程。
    笔者注:原作这里的意思是,“up”操作之后,变量可能是0或负数,这就说明有人在等待semaphore(即存在竞争),此时在user space搞不定了,所以进入内核来释放。这相当于是一种lazy得策略。

  • 如果需要在多个进程之间共享futex,那就必须把futex变量放在共享内存中,并确保这些进程都有访问共享内存的权限;

  • 如果仅需在线程之间使用futex的话,那么futex变量可以位于进程的私有内存中,比如普通的全局变量即可。

更详细的信息请参阅futex作者的论文:
Fuss, Futexes and Furwocks: Fast Userlevel Locking in Linux

(完)

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