FUTEX
Manuel du programmeur Linux (7)5 août 2012
NOM
futex - Verrouillage rapide en espace utilisateurSYNOPSIS
#include <linux/futex.h>
DESCRIPTION
Le noyau Linux fournit des futex (« Fast user-space mutexes ») en tant que brique permettant un verrouillage et des sémaphores rapides 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 POSIX.
Cette page ne prétend pas documenter toutes les décisions de conception, mais se restreint aux problèmes liés au développement d'applications et de bibliothèques. La plupart des programmeurs n'utiliseront en fait pas les futex directement, mais utiliseront des bibliothèques système construites par-dessus, comme l'implémentation NPTL des pthreads.
Un futex est identifié par une zone mémoire qui peut être partagée entre plusieurs processus. Dans ces différents processus, il n'a pas forcément la même adresse. Dans sa forme de base, 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 contention. Le noyau n'est impliqué que pour arbitrer en cas de contention. Comme toute application raisonnable est conçue pour éviter les contentions, les futex sont optimisés pour cette situation.
Dans sa forme basique, un futex est un entier aligné qui n'est accédé que par des instructions assembleur atomiques. Des processus peuvent partager cet entier avec mmap(2), avec des segments de mémoire partagés, ou parce qu'ils partagent leur espace mémoire ; dans le dernier cas, l'application est dite multithreadée.
Sémantique
Toute opération futex démarre en espace utilisateur, mais il peut être nécessaire de communiquer avec le noyau avec l'appel système futex(2).
Pour incrémenter un futex, exécuter les instructions assembleur qui causent l'incrémentation 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 terminée. Il s'agit du cas sans contention, qui est rapide et devrait être commune.
En cas de contention, l'incrémentation atomique a modifié le compteur à partir de -1 (ou une autre valeur négative). 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 un futex, le décrémenter, est l'opération inverse. Décrémenter le compteur de façon atomique, et vérifier si sa nouvelle valeur est 0, auquel cas l'opération est terminée, et il n'y avait pas de contention. Dans tous les autres cas, le processus doit attendre qu'un autre processus implémente le futex. Pour cela, utiliser l'opération FUTEX_WAIT.
On peut éventuellement passer un délai 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, avec une sémantique différente de celle décrite ci-dessus. La sémantique actuelle est disponible depuis Linux 2.5.40.
NOTES
Répétons-le, les futex de base ne sont pas conçus comme une abstraction facile à employer pour les utilisateurs. Les implémenteurs doivent maîtriser l'assembleur et avoir lu les sources de la bibliothèque en espace utilisateur décrite ci-dessous.
Cette page de manuel illustre l'utilisation la plus courante des appels futex(2) : il ne s'agit absolument pas de la seule.
VOIR AUSSI
futex(2)« Fuss, Futexes and Furwocks: Fast Userlevel Locking in Linux » (proceedings of the Ottawa Linux Symposium 2002), bibliothèque d'exemple de futex, futex-*.tar.bz2
COLOPHON
Cette page fait partie de la publication 3.66 du projet man-pages Linux. Une description du projet et des instructions pour signaler des anomalies peuvent être trouvées à l'adresse http://www.kernel.org/doc/man-pages/.TRADUCTION
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Time: 21:52:43 GMT, July 12, 2014