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FUTEX(2) FUTEX(2)

futex - llamada al sistema para bloqueos rápidos en espacio de usuario

#include <linux/futex.h>

#include <sys/time.h>

int sys_futex (void *futex, int op, int val, const struct timespec *timeout);

La llamada al sistema sys_futex proporciona un método que permite a un programa esperar hasta que cambie el valor de una dirección dada y un método para despertar a cualquier proceso que esté esperando en una dirección particular (aunque las direcciones para una misma zona de memoria en procesos separados pueden no ser iguales, el núcleo las proyecta internamente para que la misma memoria proyectada en direcciones distintas concuerde para diferentes llamadas sys_futex). Típicamente se usa para implementar el caso de contienda de un bloqueo en memoria compartida, como se describe en futex(4).

Cuando una operación futex(4) termina con contienda en espacio de usuario, es necesario hacer una llamada al núcleo para que arbitre. El arbitraje puede significar o bloquear al proceso invocador o, contrariamente, despertar a un proceso bloqueado.

Se espera que los procesos que llamen a esta función se adhieran a la semántica que se expone en futex(4). Ya que esta semántica supone escribir instrucciones en ensamblador no (trans)portables, esto a su vez probablemente significa que la mayoría de los usuarios serán de hecho autores de bibliotecas y no desarrolladores genéricos de aplicaciones.

Es necesario que el argumento futex apunte a un entero alineado que almacene el contador. La operación a ejecutar se pasa a través del parámetro op junto con un valor val.

Actualmente se definen tres operaciones:

Esta operación verifica atómicamente si la dirección futex contiene todavía el valor dado y bloquea al proceso a la espera de FUTEX_WAKE en esta dirección futex. Si el argumento timeout no es NULL, su contenido describe la duración máxima de la espera, que es infinita en otro caso. Para futex(4), esta llamada se ejecuta si al decrementar el contador se obtuvo un valor negativo (indicando contención) y se bloqueará hasta que otro proceso libere el futex y ejecute la operación FUTEX_WAKE.
Esta operación despierta, como mucho, val procesos que esperan en esta dirección futex (es decir, dentro de FUTEX_WAIT). Para futex(4), esta llamada se ejecuta si al incrementar el contador se vio que había procesos esperando una vez que al futex se le ha asignado el valor 1 (indicando que está disponible).
Para soportar despertares asíncronos, esta operación asocia un descriptor de fichero con un futex. Si otro proceso ejecuta un FUTEX_WAKE, el proceso recibirá el número de señal que se pasó en val. El proceso invocador debe cerrar el descriptor de fichero devuelto después de su uso.

Para evitar condiciones de carrera, el invocador debe comprobar si se ha incrementado el futex después de que FUTEX_FD regrese.

Dependiendo de la operación que se haya ejecutado, el valor devuelto puede tener significados diferentes.

Devuelve 0 si el proceso fue despertado por una llamada FUTEX_WAKE. En el caso de que haya expirado el plazo, se devuelve ETIMEDOUT. Si el futex no era igual al valor esperado, la operación devuelve EWOULDBLOCK. Las señales (u otros falsos despertares) hacen que FUTEX_WAIT devuelva EINTR.
Devuelve el número de procesos despertados.
Devuelve el nuevo descriptor de fichero asociado al futex.

Insistimos, los futexes, en su forma más básica, no están pensados como abstracción sencilla para los usuarios finales. Es de esperar que los implementadores sean buenos conocedores de ensamblador y que hayan leído los fuentes de la biblioteca de futex en espacio de usuario que se indica más abajo.

Los futexes fueron diseñados e implementados por Hubertus Franke (IBM Thomas J. Watson Research Center), Matthew Kirkwood, Ingo Molnar (Red Hat) y Rusty Russell (IBM Linux Technology Center). Esta página fue escrita por Bert Hubert.

El soporte inicial para futex se añadió a la versión 2.5.7 de Linux pero con una semántica distinta a la descrita más arriba. La semántica actual se encuentra disponible desde la versión 2.5.40 de Linux.

futex(4), `Fuss, Futexes and Furwocks: Fast Userlevel Locking in Linux' (actas del Ottawa Linux Symposium 2002), biblioteca de ejemplo de futex, futex-*.tar.bz2 <URL:ftp://ftp.nl.kernel.org:/pub/linux/kernel/people/rusty/>.

31 diciembre 2002