TL;DR
ユーザ空間から使える、基本的な待機キューの操作。特定のアドレスを対象に、実行を一時停止したり再開したりする機能を提供する。名前に反して mutex そのものではない。
なぜ必要か
mutex、セマフォ、条件変数といった並行処理の基本操作を、効率よく実装するのに使う。たとえばスピンロックは、ロックを待つ間 CPU サイクルを無駄に使うが、futex を使えば改善できる。
仕組み
futex を使うときは、システムコールなどを呼び出す。
待機（wait）
Linux では syscall(SYS_futex, ...) に FUTEX_WAIT を渡し、Windows では WaitOnAddress() を呼ぶ。メモリアドレスが指す値が、渡した値と同じなら、呼び出し元の実行は止まり、待機キューの末尾に追加される。値が異なれば、実行はそのまま続く。
待機キューには、同じアドレスを対象に呼び出したすべてのスレッドやプロセスが、待機状態で保留される。OS は、アドレスごとに独立したキューを管理する。
再開（wake）
Linux では syscall(SYS_futex, ...) に FUTEX_WAKE を渡し、Windows では WakeByAddressAll() を呼ぶ。指定したメモリアドレスで待っているスレッドやプロセスの実行を、指定した数だけ再開する。数が 0 のときは、すべてを再開する。