Linux 什么是“FUTEX_REQUEUE”bug？

我将Linux手册页指定为操作系统课程中的必读内容，以警告学生在设计同步原语时不要自满

futex（）

系统调用是Linux提供的API，允许用户级线程同步原语在必要时休眠和唤醒。手册页描述了可使用

futex（）

系统调用调用的5种不同操作。这两个基本操作是

FUTEX\u WAIT

（当线程试图获取同步对象并且有人已经持有它时，它会将自己置于睡眠状态）和

FUTEX\u WAKE

（当线程释放同步对象时，它会用它唤醒所有等待的线程）

接下来的三个操作是乐趣的开始。手册页的描述如下所示：

FUTEX_FD (present up to and including Linux 2.6.25)
       [...]
       Because it was inherently racy, FUTEX_FD has been removed
       from Linux 2.6.26 onward.

这篇文章描述了比赛状态（这是一个潜在的错过唤醒）。但还有更多：

FUTEX_REQUEUE (since Linux 2.5.70)
       This operation was introduced in order to avoid a
       "thundering herd" effect when FUTEX_WAKE is used and all
       processes woken up need to acquire another futex. [...]

FUTEX_CMP_REQUEUE (since Linux 2.6.7)
       There was a race in the intended use of FUTEX_REQUEUE, so
       FUTEX_CMP_REQUEUE was introduced. [...]

---

FUTEX_REQUEUE的比赛是什么？Ulrich的论文甚至没有提到它（论文描述了一个函数

futex_-requeue（）

，它是使用

futex_-CMP_-requeue

实现的，而不是

futex_-requeue

操作来实现的）。

看起来竞争条件是由于glibc中实现了互斥锁，以及它们与futex的差异造成的

FUTEX\u CMP\u REQUEUE

似乎需要支持更复杂的glibc互斥体：

它们要复杂得多，因为它们支持更多的特性，例如死锁测试和递归锁定。因此，它们有一个内部锁来保护额外的状态。这个额外的锁意味着由于可能的竞争，他们不能使用FUTEX_REQUEUE多路复用功能

---

来源：

旧的重新请求操作采用两个地址addr1和addr2，首先它在addr1上解析等待者，然后将它们停回addr2

新的requeue操作在验证

*addr1==用户提供的\u val

后执行所有这些操作

找出可能的竞争条件，考虑以下两个线程：

wait(cv, mutex);
  lock(&cv.lock);
  cv.mutex_ref = &mutex;
  unlock(&mutex);
  let futexval = ++cv.futex;
  unlock(&cv.lock);
  FUTEX_WAIT(&cv.futex, futexval);   // --- (1)

系统调用（1）和（2）都是在没有锁的情况下执行的，但要求它们与互斥锁的总顺序相同，这样用户就不会丢失信号

因此，为了在实际的

唤醒

之后检测

等待

操作重新排序，在锁中获取的

futexval

被传递到内核（2）

类似地，我们将

futexval

传递给位于（1）的

FUTEX\u WAIT

调用。futex中明确规定了该设计：

执行请求阻止线程的futex操作时， 仅当futex字具有 提供的调用线程（作为 futex（）调用）作为futex单词的预期值。这个 加载futex单词的值，比较该值 使用预期值，将发生实际阻塞 原子的，并且将完全按照并发 由同一futex字上的其他线程执行的操作。 因此，futex字用于连接中的同步 用内核实现用户空间的阻塞。 类似于原子比较和交换操作 可能会改变共享内存，通过futex阻塞是一种 原子比较和块操作

IMHO，在锁外调用（2）的原因主要是性能。持锁时呼叫wake，将导致服务员醒来后无法获得锁的“赶快等待”情况

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还值得一提的是，上述答案基于pthread实现的历史版本。最新版本的

pthread\u cond

删除了

REQUEUE

的用法。（查看此项了解详细信息）。

这是答案的开始，但可能的竞争是什么？那份文件没有说。是的，这是答案的一部分。。。今天早上我能挖到的。我想这是值得张贴的，以防有人想插手。

lock(&mutex);
broadcast(cv);
  lock(&cv.lock);
  let futexval = cv.futex;
  unlock(&cv.lock);
  FUTEX_CMP_REQUEUE(&cv.futex,   // --- (2)
    1 /*wake*/,
    ALL /*queue*/,
    &cv.mutex_ref.lock,
    futexval);