1# 用户态快速互斥锁 2 3 4## 基本概念 5 6Futex(Fast userspace mutex，用户态快速互斥锁)是内核提供的一种系统调用能力，通常作为基础组件与用户态的相关锁逻辑结合组成用户态锁，是一种用户态与内核态共同作用的锁，例如用户态mutex锁、barrier与cond同步锁、读写锁。其用户态部分负责锁逻辑，内核态部分负责锁调度。 7 8当用户态线程请求锁时，先在用户态进行锁状态的判断维护，若此时不产生锁的竞争，则直接在用户态进行上锁返回；反之，则需要进行线程的挂起操作，通过Futex系统调用请求内核介入来挂起线程，并维护阻塞队列。 9 10当用户态线程释放锁时，先在用户态进行锁状态的判断维护，若此时没有其他线程被该锁阻塞，则直接在用户态进行解锁返回；反之，则需要进行阻塞线程的唤醒操作，通过Futex系统调用请求内核介入来唤醒阻塞队列中的线程。 11 12 13 14## 运行机制 15 16当用户态产生锁的竞争或释放需要进行相关线程的调度操作时，会触发Futex系统调用进入内核，此时会将用户态锁的地址传入内核，并在内核的Futex中以锁地址来区分用户态的每一把锁，因为用户态可用虚拟地址空间为1GiB，为了便于查找、管理，内核Futex采用哈希桶来存放用户态传入的锁。 17 18当前哈希桶共有80个，0-63号桶用于存放私有锁（以虚拟地址进行哈希），64-79号桶用于存放共享锁（以物理地址进行哈希），私有/共享属性通过用户态锁的初始化以及Futex系统调用入参确定。 19 20如下图所示，每个futex哈希桶中存放被futex_list串联起来的哈希值相同的futex node，每个futex node对应一个被挂起的task，node中key值唯一标识一把用户态锁，具有相同key值的node被queue_list串联起来表示被同一把锁阻塞的task队列。 21 22 **图1** Futex设计图 23 24  25 26 27## Futex操作 28 29**Futex模块接口** 30 31Futex模块支持以下三种操作： 32 33| 功能分类 | 接口**名称** | 描述 | 34| -------------- | -------------- | ------------------------------------- | 35| 设置线程等待 | OsFutexWait | 向Futex表中插入代表被阻塞的线程的node | 36| 唤醒被阻塞线程 | OsFutexWake | 唤醒一个被指定锁阻塞的线程 | 37| 调整锁的地址 | OsFutexRequeue | 调整指定锁在Futex表中的位置 | 38 39>  **说明：** 40> Futex系统调用通常与用户态逻辑共同组成用户态锁，故推荐使用用户态POSIX接口的锁。
