Linux进程同步机制(2)

4. 进/线程利用futex同步
进程或者线程都可以利用futex来进行同步。
对于线程，情况比较简单，因为线程共享虚拟内存空间，虚拟地址就可以唯一的标识出futex变量，即线程用同样的虚拟地址来访问futex变量。
对 于进程，情况相对复杂，因为进程有独立的虚拟内存空间，只有通过mmap()让它们共享一段地址空间来使用futex变量。每个进程用来访问futex的 虚拟地址可以是不一样的，只要系统知道所有的这些虚拟地址都映射到同一个物理内存地址，并用物理内存地址来唯一标识futex变量。
   
小结：
1. Futex变量的特征：1)位于共享的用户空间中 2)是一个32位的整型 3)对它的操作是原子的
2. Futex在程序low-contention的时候能获得比传统同步机制更好的性能。
3. 不要直接使用Futex系统调用。
4. Futex同步机制可以用于进程间同步，也可以用于线程间同步。

下面给出一份示例代码。

/*
 * This sample show how to use futex betwen two process, and use system v
 * shared memory to store data
 */

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>

#if __GLIBC_PREREQ(2, 3)   
#if defined FUTEX_WAIT || defined FUTEX_WAKE
#include <linux/futex.h>
#else
#define FUTEX_WAIT      0
#define FUTEX_WAKE      1
#endif

#ifndef __NR_futex
#define __NR_futex     202
#endif
#endif

#define FILE_MODE (S_IRUSR | S_IWUSR)

const char shmfile[] = "/tmp";
const int size = 100;

struct namelist
{
 int  id;
 char name[20];
};

int
main(void)
{
 int fd, pid, status; 
 int *ptr;
 struct stat stat;
  
 // create a Posix shared memory
 int flags = O_RDWR | O_CREAT;
 fd = shm_open(shmfile, flags, FILE_MODE);
    if (fd < 0)
    {
        printf("shm_open failed, errormsg=%s errno=%d", strerror(errno), errno);
        return 0;
    }
 ftruncate(fd, size);
 ptr = (int *)mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); 

pid = fork();
 if (pid == 0) { // child process
        sleep(5);
  printf("Child %d: start\n", getpid());
  
  fd = shm_open(shmfile, flags, FILE_MODE);
  fstat(fd, &stat);  
  ptr = (int *)mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); 
  close(fd);
  struct namelist tmp;

// store total num in ptr[0];
  *ptr = 3;
  
  namelist *cur = (namelist *)(ptr+1);

// store items
  tmp.id = 1;
  strcpy(tmp.name, "Nellson");
  *cur++ = tmp;
  tmp.id = 2;
  strcpy(tmp.name, "Daisy");
  *cur++ = tmp;
  tmp.id = 3;
  strcpy(tmp.name, "Robbie");
  *cur++ = tmp;

printf("wake up parent\n");
        syscall(__NR_futex ,ptr, FUTEX_WAKE, 1, NULL );

exit(0);
 } else{ // parent process
        printf("parent start waiting\n");
        syscall(__NR_futex , ptr, FUTEX_WAIT, *(int *)ptr, NULL );
        printf("parent end waiting\n");

struct namelist tmp;

int total = *ptr;
  printf("\nThere is %d item in the shm\n", total); 
  
  ptr++;
  namelist *cur = (namelist *)ptr;

for (int i = 0; i< total; i++) {
   tmp = *cur;
   printf("%d: %s\n", tmp.id, tmp.name);
   cur++;
  }

printf("\n");
  waitpid(pid, &status, 0);
 }

// remvoe a Posix shared memory from system
 printf("Parent %d get child status:%d\n", getpid(), status);
 return 0;
}

------------------分割线------------------

root:/home/ftpuser/ipc#g++ -o  futex -lrt futex.cc     
root:/home/ftpuser/ipc#./futex
parent start waiting
Child 2825: start
wake up parent
parent end waiting

There is 3 item in the shm
1: Nellson
2: Daisy
3: Robbie

Parent 2824 get child status:0