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futex函数_UNIX/LINUX

大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。 引子 在编译2.6内核的时候,你会在编译选项中看到[*] Enable futex support这一项,上网查,有的资料会告诉你”不选这个内核不一定能正确的运行使用glibc的程序”,那futex是什么?和glibc又有什么关系呢? 1. 什么是Futex Futex 是Fast Userspace muTexes的缩写,由Hubertus Franke, Matthew Kirkwood, Ingo Molnar and Rusty Russell共同设计完成。几位都是linux领域的专家,其中可能Ingo Molnar大家更熟悉一些,毕竟是O(1)调度器和CFS的实现者。 Futex按英文翻译过来就是快速用户空间互斥体。其设计思想其实 不难理解,在传统的Unix系统中,System V IPC(inter process communication),如 semaphores, msgqueues, sockets还有文件锁机制(flock())等进程间同步机制都是对一个内核对象操作来完成的,这个内核对象对要同步的进程都是可见的,其提供了共享 的状态信息和原子操作。当进程间要同步的时候必须要通过系统调用(如semop())在内核中完成。可是经研究发现,很多同步是无竞争的,即某个进程进入 互斥区,到再从某个互斥区出来这段时间,常常是没有进程也要进这个互斥区或者请求同一同步变量的。但是在这种情况下,这个进程也要陷入内核去看看有没有人 和它竞争,退出的时侯还要陷入内核去看看有没有进程等待在同一同步变量上。这些不必要的系统调用(或者说内核陷入)造成了大量的性能开销。为了解决这个问 题,Futex就应运而生,Futex是一种用户态和内核态混合的同步机制。首先,同步的进程间通过mmap共享一段内存,futex变量就位于这段共享 的内存中且操作是原子的,当进程尝试进入互斥区或者退出互斥区的时候,先去查看共享内存中的futex变量,如果没有竞争发生,则只修改futex,而不 用再执行系统调用了。当通过访问futex变量告诉进程有竞争发生,则还是得执行系统调用去完成相应的处理(wait 或者 wake up)。简单的说,futex就是通过在用户态的检查,(motivation)如果了解到没有竞争就不用陷入内核了,大大提高了low-contention时候的效率。 Linux从2.5.7开始支持Futex。 2. Futex系统调用 Futex是一种用户态和内核态混合机制,所以需要两个部分合作完成,linux上提供了sys_futex系统调用,对进程竞争情况下的同步处理提供支持。 其原型和系统调用号为 #include <linux/futex.h> #include <sys/time.h> int futex (int *uaddr, int op, int val, const struct timespec *timeout,int *uaddr2, int val3); #define __NR_futex 240 虽然参数有点长,其实常用的就是前面三个,后面的timeout大家都能理解,其他的也常被ignore。 uaddr就是用户态下共享内存的地址,里面存放的是一个对齐的整型计数器。 op存放着操作类型。定义的有5中,这里我简单的介绍一下两种,剩下的感兴趣的自己去man futex FUTEX_WAIT: 原子性的检查uaddr中计数器的值是否为val,如果是则让进程休眠,直到FUTEX_WAKE或者超时(time-out)。也就是把进程挂到uaddr相对应的等待队列上去。 FUTEX_WAKE: 最多唤醒val个等待在uaddr上进程。 可见FUTEX_WAIT和FUTEX_WAKE只是用来挂起或者唤醒进程,当然这部分工作也只能在内核态下完成。有些人尝试着直接使用futex系统调 用来实现进程同步,并寄希望获得futex的性能优势,这是有问题的。应该区分futex同步机制和futex系统调用。futex同步机制还包括用户态 下的操作,我们将在下节提到。 3. Futex同步机制 所有的futex同步操作都应该从用户空间开始,首先创建一个futex同步变量,也就是位于共享内存的一个整型计数器。 当 进程尝试持有锁或者要进入互斥区的时候,对futex执行”down”操作,即原子性的给futex同步变量减1。如果同步变量变为0,则没有竞争发生, 进程照常执行。如果同步变量是个负数,则意味着有竞争发生,需要调用futex系统调用的futex_wait操作休眠当前进程。 当进程释放锁或 者要离开互斥区的时候,对futex进行”up”操作,

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    详解Linux多线程中互斥锁、读写锁、自旋锁、条件变量、信号量

    ---- Hello、Hello大家好,我是木荣,今天我们继续来聊一聊Linux中多线程编程中的重要知识点,详细谈谈多线程中同步和互斥机制。 同步和互斥 互斥:多线程中互斥是指多个线程访问同一资源时同时只允许一个线程对其进行访问,具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序,即访问是无序的; 同步:多线程同步是指在互斥的基础上(大多数情况),通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下,同步已经实现了互斥,特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源

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    Linux下的多线程编程实例解析

    线程(thread)技术早在60年代就被提出,但真正应用多线程到操作系统中去,是在80年代中期,solaris是这方面的佼佼者。传统的Unix也支持线程的概念,但是在一个进程(process)中只允许有一个线程,这样多线程就意味着多进程。现在,多线程技术已经被许多操作系统所支持,包括Windows/NT,当然,也包括Linux。   为什么有了进程的概念后,还要再引入线程呢?使用多线程到底有哪些好处?什么的系统应该选用多线程?我们首先必须回答这些问题。   使用多线程的理由之一是和进程相比,它是一种非常”节俭”的多任务操作方式。我们知道,在Linux系统下,启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间,建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段,这是一种”昂贵”的多任务工作方式。而运行于一个进程中的多个线程,它们彼此之间使用相同的地址空间,共享大部分数据,启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间,而且,线程间彼此切换所需的时间也远远小于进程间切换所需要的时间。据统计,总的说来,一个进程的开销大约是一个线程开销的30倍左右,当然,在具体的系统上,这个数据可能会有较大的区别。   使用多线程的理由之二是线程间方便的通信机制。对不同进程来说,它们具有独立的数据空间,要进行数据的传递只能通过通信的方式进行,这种方式不仅费时,而且很不方便。线程则不然,由于同一进程下的线程之间共享数据空间,所以一个线程的数据可以直接为其它线程所用,这不仅快捷,而且方便。当然,数据的共享也带来其他一些问题,有的变量不能同时被两个线程所修改,有的子程序中声明为static的数据更有可能给多线程程序带来灾难性的打击,这些正是编写多线程程序时最需要注意的地方。   除了以上所说的优点外,不和进程比较,多线程程序作为一种多任务、并发的工作方式,当然有以下的优点:   1) 提高应用程序响应。这对图形界面的程序尤其有意义,当一个操作耗时很长时,整个系统都会等待这个操作,此时程序不会响应键盘、鼠标、菜单的操作,而使用多线程技术,将耗时长的操作(time consuming)置于一个新的线程,可以避免这种尴尬的情况。   2) 使多CPU系统更加有效。操作系统会保证当线程数不大于CPU数目时,不同的线程运行于不同的CPU上。   3) 改善程序结构。一个既长又复杂的进程可以考虑分为多个线程,成为几个独立或半独立的运行部分,这样的程序会利于理解和修改。   下面我们先来尝试编写一个简单的多线程程序。

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    linux系统编程(3)

    一 线程间同步 同步:相互之间配合完成一件事情 互斥:保证访问共享资源的完整性(有你没我) POSIX 线程中同步:使用信号量实现 信号量 : 表示一类资源,它的值表示资源的个数 对资源访问: p操作(申请资源) [将资源的值 - 1] .... V操作(释放资源) [将资源的值 + 1] 1.定义信号量 sem_t  sem ; 2.初始化信号量 int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value); 参数: @sem         信号量 @pshared     0:线程间使用 @value       初始化的信号量的值 返回值: 成功返回0,失败返回-1 3.P操作 int sem_wait(sem_t *sem); 4.V操作 int sem_post(sem_t *sem); 二 进程间通信(进程间数据交互) (1)传统进程间通信方式   [1]无名管道   [2]有名管道   [3]信号 (2)System 5 IPC对象进程间通信方式   [1]消息队列   [2]共享内存   [3]信号灯集 (3)socket通信 (4)Android系统中增加Binder进程间通信方式 Linux 支持以上所有进程间通信方式 三 管道进程间通信 (1)无名管道 特点: 只能用于具有亲缘关系进程间通信(具有亲缘关系的进程具有数据拷贝动作(复制父进程创建子进程)) int pipe(int pipefd[2]); 功能:创建一个无名管道 参数: @pipefd  获取操作无名管道的文件描述符  pipefd[0]:读无名管道 pipefd[1]:写无名管道 返回值: 成功返回0,失败返回-1 (2)管道读写规则  读端存在  ,写管道 ---->只要管道没有满,都可以写入数据到管道 读端不存在,写管道 ---->此时写管道没有意义,操作系统会发送SIGPIPE杀死写管道的进程 写端存在,  读管道 ---->此时管道中读取数据,管道中没有数据,读阻塞 写端不存在,读管道 ---->此时管道中读取数据,管道中没有数据,此时不阻塞,立即返回,返回值0 (3)有名管道 特点:可以用于任意进程间通信,它是一种特殊的文件,在文件系统存在名字,      而文件中存放的数据是在内核空间,而不是在磁盘上 1.创建一个有名管道文件 int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode); @pathname  有名管道存在的路径 @mode      有名管道的权限 返回值: 成功返回0,失败返回-1 2.打开有名管道文件 open 如果有名管道的一端以只读的方式打开,会阻塞,直到另一端以写(只写或读写)的方式打开 如果有名管道的一端以只写的方式打开,会阻塞,直到另一端以读(只读或读写)的方式打开 3.读写操作  read /write 4.关闭管道文件 close(fd); 四 信号 信号是异步进程间通信方式 进程对信号的响应方式: <1>忽略   SIGKILL 和 SIGSTOP 不能忽略 <2>捕捉   当进程收到信号,此时执行的信号处理函数  <3>默认   大部分信号对进程的默认操作方式都是杀死进程   子进程状态发生改变的时候,操作系统向父进程发送SIGCHLD,默认对它处理方式是忽略 typedef  void (*sighandler_t)(int); sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler); 功能:设置进程对信号处理方式 参数: @signum  信号的编号 @handler  SIG_IGN : 忽略信号  SIG_DFL : 使用默认处理方式  函数名  : 捕捉方式处理 返回值: 成功返回handler,失败返回SIG_ERR 练习: 如何进行不阻塞,不轮训方式回收僵尸态子进程 2.在进程中设置一个定时器 unsigned int alarm(unsigned int seconds); 参数: @seconds 定时的时间,以秒为单位 注意: 一旦定时时间完成,操作系统就会向进程发送SIGALRM信号 A进程: 读文件,写管道 A进程结束条件:文件没有数据可读 B进程: 读管道,写文件 B进程结束条件:在

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    从ORA-27300,ORA-27301到ORA-00064

    最近由于session数量增加,需要调整session,也就是要调整process参数。看是比较简单的一个问题,却遭遇了ORA-27300,ORA-27301。因为这个涉及到了有关内核参数kernel.sem的修改。下面是其具体描述。 1、故障现象 OS版本:SUSE Linux Enterprise Server 10 SP3 (x86_64) - Kernel \r (\l) DB版本: SQL*Plus: Release 10.2.0.3.0 - Production  需求:Processes参数由1000修改到2000 SQL> startup pfile=/u02/database/MRDB/initMRDB.ora; ORA-27154: post/wait create failed ORA-27300: OS system dependent operation:semget failed with status: 28 ORA-27301: OS failure message: No space left on device ORA-27302: failure occurred at: sskgpcreates 2、故障的分析与解决 #起初咋一看还以为空间不够呢,如下,显然不是空间的问题,其次有个很重要的表示"semget" SQL> ho df -h Filesystem            Size  Used Avail Use% Mounted on /dev/sda3             1.8T  826G  885G  49% / udev                   32G  116K   32G   1% /dev /dev/sda1              99M  9.5M   85M  11% /boot #后台日志如下 Tue Aug  5 18:07:22 2014 Starting ORACLE instance (normal) Tue Aug  5 18:07:22 2014 Errors in file /u02/database/MRDB/udump/mrdb_ora_30366.trc: ORA-27154: post/wait create failed ORA-27300: OS system dependent operation:semget failed with status: 28 ORA-27301: OS failure message: No space left on device ORA-27302: failure occurred at: sskgpcreates #Google了一些文章,描述的是需要调整内核参数kernel.sem,也就是信号量的问题 v2012db02u:~ # grep kernel.sem /etc/sysctl.conf kernel.sem = 1250    32000   100    256     #这个是当前的值 信号量设置示例     SEMMSL应该设置为服务器中实例中具有最大的PROCESSES参数+10,例如,当最大的PROCESSES参数为5000时,SEMMSL应设置为5010。     SEMMNS参数应设置为SEMMSL*SEMMNI,接上例SEMMSL为5010,SEMMNI的值一般为128,则SEMMNS参数应为(5010*128)=641280。     SEMOPM参数应设置与SEMMSL参数相同,接上例此处应设置为5010     因此对于信号量建议做如下设置     sysctl -w kernel.sem="5010 641280 5010 128" #关于这个参数的具体描述及设置可以参考:Linux 内核参数优化(for oracle) #由于当前服务器存在N个实例,因此给了一个比较大的值,生产环境应慎重修改,如下     v2012db02u:~ # vi /etc/sysctl.conf v2012db02u:~ # sysctl -p     ........... kernel.sem = 7000 1792000 7000 256     ...........  #再次启动,狂汗.... SQL> startup pfile=/u02/database/MR/initMR.ora; ORA-00064: object is too large to allocate on this O/S (1,5150880) v2012db02u:~ > oerr ora 00064 00064, 00000, "object is too large to allocate on this O/S (%s,%s

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    开发成长之路(14)-- 小项目:视频点播器服务端(放码过来)

    开发成长之路(1)-- C语言从入门到开发(入门篇一) 开发成长之路(2)-- C语言从入门到开发(函数与定制输入输出控制函数) 开发成长之路(3)-- C语言从入门到开发(讲明白指针和引用,链表很难吗?) 开发成长之路(4)-- C语言从入门到开发(距离开发,还差这一篇) 开发成长之路(5)-- C语言从入门到开发(仿ATM机项目,我写的第一个项目) 开发成长之路(6)-- C++从入门到开发(C++入门不难) 开发成长之路(6)-- C++从入门到开发(C++知名库:STL入门·容器(一)) 开发成长之路(7)-- C++从入门到开发(C++知名库:STL入门·容器(二)) 开发成长之路(8)-- C++从入门到开发(C++知名库:STL入门·容器(三)) 开发成长之路(9)-- C++从入门到开发(C++知名库:STL入门·空间配置器) 开发成长之路(10)-- C++从入门到开发(C++知名库:STL入门·算法) 开发成长之路(11)-- STL常用函数大集合 开发成长之路(12)-- Linux网络服务端编程(通识篇之熟悉操作环境) 开发成长之路(13)-- Linux网络服务端编程(通识篇)

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    futex机制介绍「建议收藏」

    1、概念 futex: a sort of fast, user-space mutual exclusion primitive. Futex是一种用户态和内核态混合的同步机制。首先,同步的进程间通过mmap共享一段内存,futex变量就位于这段共享的内存中且操作是原子的,当进程尝试进入互斥区或者退出互斥区的时候,先去查看共享内存中的futex变量,如果没有竞争发生,则只修改futex,而不用再执行系统调用了。当通过访问futex变量告诉进程有竞争发生,则还是得执行系统调用去完成相应的处理(wait 或者 wake up)。简单的说,futex就是通过在用户态的检查,(motivation)如果了解到没有竞争就不用陷入内核了,大大提高了low-contention时候的效率。 https://lwn.net/Articles/172149/ https://lwn.net/Articles/360699/ 2、futex的由来 为什么要有futex,他解决什么问题?何时加入内核的?我们来看下 经研究发现,很多同步是无竞争的,即某个进程进入互斥区,到再从某个互斥区出来这段时间,常常是没有进程也要进这个互斥区或者请求同一同步变量的。但是在这种情况下,这个进程也要陷入内核去看看有没有人和它竞争,退出的时侯还要陷入内核去看看有没有进程等待在同一同步变量上。这些不必要的系统调用(或者说内核陷入)造成了大量的性能开销。为了解决这个问题,Futex就应运而生。 前面的概念已经说了,futex是一种用户态和内核态混合同步机制,为什么会是用户态+内核态,听起来有点复杂,由于我们应用程序很多场景下多线程都是非竞争的,也就是说多任务在同一时刻同时操作临界区的概率是比较小的,大多数情况是没有竞争的,在早期内核同步互斥操作必须要进入内核态,由内核来提供同步机制,这就导致在非竞争的情况下,互斥操作扔要通过系统调用进入内核态。 我们来看一下程序 程序1: pthread_mutex_t lock; int count = 0; void thread1() { while(1) { pthread_mutex_lock(&lock); /* do something */ count++; pthread_mutex_unlock(&lock); } } void thread2() { while(1) { sleep(60); pthread_mutex_lock(&lock); count = 0; pthread_mutex_unlock(&lock); } } pthread_create(&tid1, NULL, thread1, NULL); pthread_create(&tid2, NULL, thread1, NULL);

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    领券