futex - Mécanisme de verrouillage rapide en mode utilisateur.

#include <linux/futex.h>
#include <sys/time.h>
int sys_futex (void *futex, int op, int val, const struct timespec *timeout);

L'appel-système sys_futex donne à un programme la possibilité d'attendre qu'une valeur à une adresse donnée change, ou de réveiller tous ceux qui sont en attente sur cette adresse. Bien que les adresses soient différentes dans des processus séparés, le noyau fera la correspondant lors de l'appel-système. Ceci est typiquement employé pour implémenter les verrous en mémoire partagéé, tels qu'ils sont décrits dans futex(4).
Quant une opération futex(4) ne se termine pas de manière satisfaisante dans l'espace utilisateur, un appel au noyau est nécessaire pour l'arbitrage. Ceci signifie soit endormir le processus appelant, soit réveiller le processus en attente.
Les appelants de cette fonction doivent accepter les sémantiques décrites dans futex(4). Comme celles-ci impliquent l'écriture d'instructions non-portables en assembleur, leurs utilisateurs sont des auteurs de bibliothèques plus que des développeurs applicatifs.
L'argument futex doit pointer sur un entier aligné qui stocke le compteur. L'opération à exécuter est transmise dans le paramètre op, avec la valeur val.
Trois opérations sont définies pour le moment :

FUTEX_WAIT

Cette opération vérifie que l'adresse du futex contient toujours la valeur indiquée et s'endort en attendant un FUTEX_WAKE à cette adresse. Les deux étapes sont liées atomiquement. Si l'argument timeout est non-NULL, il contient la durée maximale de sommeil. Sinon elle est infinie. D'après futex(4), cet appel est exécuté si la décrémentation du compteur donne une valeur négative (indiquant un conflit) et le sommeil durera jusqu'à ce qu'un autre processus relâche le futex et exécute FUTEX_WAKE.

FUTEX_WAKE

Cette opération réveille au plus val processus en attente sur l'adresse du futex (endormis dans FUTEX_WAIT). D'après futex(4), ceci est exécuté si l'incrémentation du compteur montre qu'il y a des processus en attente, une fois que la valeur du futex a été mise à 1 (indiquant qu'il est disponible).

FUTEX_FD

Pour permettre des réveils asynchrones, cette opération associe un descripteur de fichier avec un futex. Si un autre processus exécute un FUTEX_WAIT, l'appelant recevra le signal dont le numéro a été indiqué dans val. L'appelant doit refermer le descripteur de fichier après utilisation.
Pour éviter les situations de concurrence, l'appelant doit tester si le futex a été libéré après le retour de FUTEX_FD.

Suivant l'opération exécutée, la valeur renvoyée peut avoir différentes significations.

FUTEX_WAIT

Renvoie 0 si le processus a été réveillé par un FUTEX_WAKE. Renvoie ETIMEDOUT en cas de dépasse de délai. Renvoie EWOULDBLOCK si le futex n'avait pas la valeur attendue. L'arrivée d'un signal peut faire renvoyer EINTR.

FUTEX_WAKE

Renvoie le nombre de processus réveillés.

FUTEX_FD

Renvoie le nouveau descripteur associé au futex.

Répétons-le, les futex de base ne sont pas conçus comme une abstraction facile à employer pour les utilisateurs. Les implémenteurs doivent maitriser l'assembleur et avoir lu les sources de la bibliothèque en espace utilisateur décrite plus bas.

Les futex ont été conçus et créés par Hubertus Franke (IBM Thomas J. Watson Research Center), Matthew Kirkwood, Ingo Molnar (Red Hat) et Rusty Russell (IBM Linux Technology Center). Cette page a été écrite par Bert Hubert.

Le support initial des futex a été ajouté dans Linux 2.5.7 mais avec une sémantique différent de celle décrite ci-dessus, qui est disponible depuis Linux 2.5.40.

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

Christophe Blaess, 1996-2003.