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:Original: Documentation/userspace-api/futex2.rst
:翻译:
李睿 Rui Li <[email protected]>
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futex2
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:作者: André Almeida <[email protected]>
futex，或者称为快速用户互斥锁（fast user mutex），是一组允许用户空间创建高性能同步
机制的系统调用，比如用户空间中的互斥锁，信号量和条件变量。C标准库，如glibc，使用它作
为实现更多高级接口的方式，如pthreads。
futex2是初代futex系统调用的后续版本，旨在克服原有接口的限制。
用户API
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``futex_waitv()``
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等待一个futex数组，可由其中任意一个唤醒::
futex_waitv(struct futex_waitv *waiters, unsigned int nr_futexes,
unsigned int flags, struct timespec *timeout, clockid_t clockid)
struct futex_waitv {
__u64 val;
__u64 uaddr;
__u32 flags;
__u32 __reserved;
};
用户空间设置一个struct futex_waitv数组（最多128项），设置 ``uaddr`` 为等待的
地址， ``val`` 为期望值， ``flags`` 为指定的类型（如private）和futex的大小。
``__reserved`` 需要置为0，但是它可用作未来扩展。指向数组第一个元素的指针作为
``waiters`` 传递。如果 ``waiters`` 或任何的 ``uaddr`` 地址无效，将返回 ``-EFAULT`` 。
如果用户空间拥有32位的指针，那么需要做显式转换来保证高位清零。 ``uintptr_t`` 设计
得很精巧，在32/64位的指针上都正常工作。
``nr_futexes`` 指定了数组的大小。不在[1,128]区间内的值会使系统调用返回 ``-EINVAL`` 。
系统调用的 ``flags`` 参数需要置0，但可用作未来扩展。
对于每个 ``waiters`` 数组中的项，在 ``uaddr`` 的当前值会和 ``val`` 比较。如果
不一致，系统调用会撤销截至目前完成的所有工作，并返回 ``-EAGAIN`` 。如果所有测试
和验证都通过，系统调用会等待直到以下情况之一发生：
- 指定的timeout超时，返回 ``-ETIMEOUT`` 。
- 一个信号被传递给睡眠中的任务，返回 ``-ERESTARTSYS`` 。
- 某个列表中的futex被唤醒，返回那个被唤醒的futex的索引。
关于如何使用接口的例子可以在 ``tools/testing/selftests/futex/functional/futex_waitv.c``
中找到。
超时
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``struct timespec *timeout`` 是一个指向绝对超时时间的可选参数。你需要在 ``clockid``
参数中指定要使用的时钟类型。支持 ``CLOCK_MONOTONIC`` 和 ``CLOCK_REALTIME`` 。这个
系统调用只接受64位的timespec结构体。
futex的类型
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futex既可以是私有的也可以是共享的。私有用于多个进程共享同样的内存空间，并且futex的虚拟
地址对所有进程都是一样的。这允许在内核中进行优化。要使用私有futex，需要在futex标志中指定
``FUTEX_PRIVATE_FLAG`` 。对于那些不在同一内存空间共享的进程，可以让同一个futex拥有不同
的虚拟地址（例如使用基于文件的共享内存），这需要不同的内部机制来使得正确进入队列。这是默认
的行为，而且对私有futex和共享futex都适用。
futex可以是不同的大小：8，16，32或64位。目前只支持32位大小的futex，并且需要通过 ``FUTEX_32``
标志指定。
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