Linux/Unix 中的 futex 有什么等价物吗？答案

【问题标题】：Are there any equivalents to the futex in Linux/Unix?Linux/Unix 中的 futex 有什么等价物吗？
【发布时间】：2014-04-24 19:33:48
【问题描述】：

我正在寻找可以在 C/C++ 中用于轮询的东西（如 select、kqueue、epoll 即不是忙轮询） .换句话说，我需要阻塞一个线程，然后在另一个线程中以尽可能少的开销唤醒它。

mutex + condition variable 有效，但开销很大。 futex 也可以，但这仅适用于 Linux（或者可能不是？）。只要 polling 本身正常工作，就不需要额外的同步，例如当我在两个线程中调用 wait 和 wake 时没有比赛。

编辑：如果 FreeBSD 中不存在这样的“工具”，如何使用 C++11 内置类型和系统调用创建一个？

Edit2：由于这个问题已迁移到 SO，我想让它更通用（仅适用于 FreeBSD）

【问题讨论】：

您是否还需要阻止多个来源，还是只阻止一个？ select、poll 等通常用于（解）多路复用多个 fd，而不仅仅是阻塞一个。
@Useless One 已经足够好了。你是对的，select 不是一个很好的例子。我提到它只是为了说明我不想忙着等待
迁移后，我对这个问题的“目标”感到困惑。您是否正在寻找适用于 FreeBSD、POSIX 或标准 C++11 的答案？
@MichaelBurr 我正在使用具有 POSIX 和 C++11 的 FreeBSD。所以我打开了所有这三个选项
@GuLearn 你能找到相关的吗？

标签： c++ c multithreading

【解决方案1】：

信号量不是互斥体，而且开销会稍微少一些（例如，避免互斥体+condvar 重新锁定）

请注意，由于任何线程休眠直到唤醒的解决方案都将涉及内核系统调用，因此它仍然不便宜。假设 x86_64 glibc 和 FreeBSD libc 都是合理的实现，那么不可避免的成本似乎是：

计数的用户模式同步（使用 CAS 或类似方法）
等待队列和线程睡眠/等待的内核管理

我假设您担心的 mutex + condvar 开销是 cond_wait->re-lock->unlock 序列，这里确实避免了。

【讨论】：

我对系统调用和上下文切换没问题，因为我有很多不那么忙的线程。我对信号量的担心是它可能比mutex + condition variable: freebsd.org/cgi/man.cgi?query=sema&sektion=9 效率更低。不过，Ubuntu 中的 man sem_overview 并没有说明性能。我可能需要自己比较一下。
x86 的 glibc 源代码显示它使用 futex 系统调用来实现信号量来管理服务员，以及用于计数器的用户空间 CAS（例如this pseudocode）。我不知道它会便宜多少，但您需要自己调查其他平台上的行为。
FreeBSD libc code 看起来很相似...
sem_t 在争用较低时似乎比 std::mutex + std::condition_variable 快。

【解决方案2】：

您需要信号量而不是互斥锁用于 to 线程之间的信号传输..

http://man7.org/linux/man-pages/man3/sem_wait.3.html

信号量可以像计数器一样使用，例如，如果您有一个队列，则每次插入消息时都会递增（发布）信号量，而接收者会在接收到的每条消息时递减（等待）信号量。如果计数器达到零，接收器将阻塞，直到发布某些内容。

所以一个典型的模式是把一个互斥量和一个信号量组合起来；

sender:
    mutex.lock
    insert message in shared queue
    mutex.unlock
    semaphore.post

receiver:
    semaphore.wait
    mutex.lock
    dequeue message from shared structure
    mutex.unlock

【讨论】：