C Futexes和内核中的阻塞

我正在阅读一些文档，并尝试一些在Linux中发出

futex

系统调用的代码示例。我读到，如果一个互斥锁是由

thread\u a

使用

FUTEX\u LOCK\u PI

获取的，并且如果另一个线程

thread\u b

试图获取相同的互斥锁，则后者（

thread\u b

）在内核中被阻塞

“在内核中阻塞”的确切含义是什么？是不是用户空间中的

线程b

的执行没有恢复？在下面的示例中，第二个线程似乎也在系统调用之后发出printf。这不意味着它在内核中没有被阻塞吗？我错过了什么

/*
 * This example demonstrates that when futex_lock_pi is called twice, the
 * second call is blocked inside the kernel.
 */

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

int mutex = 0;

#define  __NR_futex          240
#define FUTEX_WAIT 0
#define FUTEX_WAKE 1
#define FUTEX_FD 2
#define FUTEX_REQUEUE 3
#define FUTEX_CMP_REQUEUE 4
#define FUTEX_WAKE_OP 5
#define FUTEX_LOCK_PI 6
#define FUTEX_UNLOCK_PI 7
#define FUTEX_TRYLOCK_PI 8
#define FUTEX_WAIT_REQUEUE_PI 11
#define FUTEX_CMP_REQUEUE_PI  12


void *thread(void *arg) {
  int ret = 0;
  pid_t tid = gettid();
  printf("Entering thread[%d]\n", tid);

  ret = syscall(__NR_futex, &mutex, FUTEX_LOCK_PI, 1, NULL, NULL, 0);
  printf("Thread %d returned from kernel\n", tid);
  printf("Value of mutex=%d\n", mutex);
  printf("Return value from syscall=%d\n", ret);
}

int main(int argc, const char *argv[]) {
  pthread_t t1, t2;

  if (pthread_create(&t1, NULL, thread, NULL)) {
    printf("Could not create thread 1\n");
    return -1;
  }

  if (pthread_create(&t2, NULL, thread, NULL)) {
    printf("Could not create thread 2\n");
    return -1;
  }

  // Loop infinitely
  while ( 1 ) { }

  return 0;
}

---

内核中的阻塞意味着线程处于睡眠状态，直到事件将其唤醒为止，在您的情况下，事件是可用的互斥体

我对您的代码做了一些修改，以说明：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/syscall.h>

static pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void *thread(void *unused) {
  printf("Entering thread %d\n", syscall(SYS_gettid));

  pthread_mutex_lock(&mutex);

  sleep(2);

  pthread_mutex_unlock(&mutex);

  return NULL;
}

int main(int argc, const char *argv[]) {
  pthread_t t1, t2;

  printf("using mutex @%p\n", &mutex);

  if (pthread_create(&t1, NULL, thread, &t1)) {
    printf("Could not create thread 1\n");
    return -1;
  }

  if (pthread_create(&t2, NULL, thread, &t2)) {
    printf("Could not create thread 2\n");
    return -1;
  }

  pthread_join(t1, NULL);
  pthread_join(t2, NULL);

  return 0;
}

#包括
#包括
#包括
#包括
静态pthread\u mutex\u t mutex=pthread\u mutex\u初始值设定项；
空心*螺纹（空心*未使用）{
printf（“正在输入线程%d\n”，syscall（SYS\u getId））；
pthread_mutex_lock（&mutex）；
睡眠（2）；
pthread_mutex_unlock（&mutex）；
返回NULL；
}
int main（int argc，const char*argv[]{
pthread_t t1，t2；
printf（“使用互斥体@%p\n”，&mutex）；
if（pthread_create（&t1，NULL，thread，&t1））{
printf（“无法创建线程1\n”）；
返回-1；
}
if（pthread_create（&t2，NULL，thread，&t2））{
printf（“无法创建线程2\n”）；
返回-1；
}
pthread_join（t1，NULL）；
pthread_join（t2，NULL）；
返回0；
}

代码基本相同，但我显式使用pthread库的互斥体

如果我使用strace运行此代码，我会得到：

using mutex @0x6010a0
Process 19688 attached
Entering thread 19688
Process 19689 attached
Entering thread 19689
[pid 19689] futex(0x6010a0, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 2, NULL <unfinished ...>
[pid 19688] futex(0x6010a0, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 1
[pid 19689] <... futex resumed> )       = 0
[pid 19688] +++ exited with 0 +++
[pid 19689] futex(0x6010a0, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 0
[pid 19689] +++ exited with 0 +++
+++ exited with 0 +++

使用互斥体@0x6010a0
过程19688附后
进入线程19688
过程19689附后
进入线程19689
[pid 19689]futex（0x6010a0，futex_WAIT_PRIVATE，2，空
[pid 19688]futex（0x6010a0，futex_WAKE_PRIVATE，1）=1
[pid 19689]）=0
[pid 19688]+++以0退出+++
[pid 19689]futex（0x6010a0，futex_WAKE_PRIVATE，1）=0
[pid 19689]+++已用0退出+++
+++以0退出+++

您可能会注意到，我们没有看到第一个线程使用互斥锁，但我们可以看到下一个线程为等待调用futex（futex_WAIT_PRIVATE）。这是因为在使用互斥时futex不会被调用

但是您可以看到，第一个线程（这里的id是19688）最终调用futex（futex_WAKE_PRIVATE），它告诉内核在utex空闲时唤醒另一个线程

你可能已经注意到第一个电话

[pid 19689]futex（0x6010a0，futex\u WAIT\u PRIVATE，2，NULL

是未完成的，这意味着进程被挂起，等待内核完成任务并返回手。

---

然后

[pid 19689]）=0

表示调用最终完成（显然是因为互斥被释放了）

您使用的，它实际上与互斥一起工作（这就是futex操作名称中的

LOCK

子字符串的原因）。在该模式下，futex值转换方案是完全定义的，不依赖于

val

和

val2

系统调用的参数。处于解锁状态的futex值必须为0。另外，在PI模式下，内核检查与存储在futex中的

tid

值对应的进程（线程）是否存在，并实际访问它以执行优先级反转。据我所知，若futex的所有者退出，互斥锁将被视为未锁定。尝试在线程函数的末尾添加

sleep（）

，并检查第二个线程是否在第一个线程（futex所有者）睡眠时从

futex（）

调用返回。（这不应该发生）。您将互斥锁初始化为什么？你能给我们完整的、可编译的代码吗？@DavidSchwartz我已经将代码更新为完整的、可编译的，谢谢。但是你的代码和输出不匹配。您是否可以显示此代码的输出，并理想地添加syscall返回值？

using mutex @0x6010a0
Process 19688 attached
Entering thread 19688
Process 19689 attached
Entering thread 19689
[pid 19689] futex(0x6010a0, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 2, NULL <unfinished ...>
[pid 19688] futex(0x6010a0, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 1
[pid 19689] <... futex resumed> )       = 0
[pid 19688] +++ exited with 0 +++
[pid 19689] futex(0x6010a0, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 0
[pid 19689] +++ exited with 0 +++
+++ exited with 0 +++