linux futex

用户态：运行用户程序代码，比如 main.c 中的代码片段

内核态：运行内核程序代码，比如 open 系统调用

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。但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。于是大部分时间浪费在 user→kernel 和 kernel→usr 的切换。futex就是为了减少这种浪费而产生的。

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，不再进行系统调用。当通过访问 futex 变量告知进程有竞争发生，则需要进行系统调用去完成相应的处理(wait、wake up...etc)。简单的说，futex 就是通过在用户态的检查判断是否需要进一步陷入内核。

/**
 * futex - 快速用户空间锁定
 * @uaddr 指向计数器的对齐整数，要执行的操作通过op参数和值val传递
 * @op 为 FUTEX_WAIT 表示等待锁
 *     为 FUTEX_WAKE 表示释放锁
 * @val 为期望的计数器值
 * @timeout 表示等待多久超时
 * @uaddr2 ...
 * @val3 ...
 */
int futex(int *uaddr, int op, int val, const struct timespec *timeout, int *uaddr2, int val3);