最浅显易懂的一篇：RCU机制

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 简介

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RCU（Read-Copy Update）是数据同步的一种方式，在当前的Linux内核中发挥着重要的作用。RCU主要针对的数据对象是链表，目的是提高遍历读取数据的效率，为了达到目的使用RCU机制读取数据的时候不对链表进行耗时的加锁操作。这样在同一时间可以有多个线程同时读取该链表，并且允许一个线程对链表进行修改（修改的时候，需要加锁）。RCU适用于需要频繁的读取数据，而相应修改数据并不多的情景，例如在文件系统中，经常需要查找定位目录，而对目录的修改相对来说并不多，这就是RCU发挥作用的最佳场景。宽限期

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struct foo {           int a;           char b;           long c; }; DEFINE_SPINLOCK(foo_mutex); struct foo *gbl_foo; void foo_read (void){     foo *fp = gbl_foo;     if ( fp != NULL )            dosomething(fp->a, fp->b , fp->c );} void foo_update( foo* new_fp ){     spin_lock(&foo_mutex);     foo *old_fp = gbl_foo;     gbl_foo = new_fp;     spin_unlock(&foo_mutex);     kfee(old_fp);}

图中每行代表一个线程，最下面的一行是删除线程，当它执行完删除操作后，线程进入了宽限期。宽限期的意义是，在一个删除动作发生后，它必须等待所有在宽限期开始前已经开始的读线程结束，才可以进行销毁操作。这样做的原因是这些线程有可能读到了要删除的元素。图中的宽限期必须等待1和2结束；而读线程5在宽限期开始前已经结束，不需要考虑；而3,4,6也不需要考虑，因为在宽限期结束后开始后的线程不可能读到已删除的元素。为此RCU机制提供了相应的API来实现这个功能。                            void foo_read(void){    rcu_read_lock();    foo *fp = gbl_foo;    if ( fp != NULL )            dosomething(fp->a,fp->b,fp->c);    rcu_read_unlock();} void foo_update( foo* new_fp ){    spin_lock(&foo_mutex);    foo *old_fp = gbl_foo;    gbl_foo = new_fp;    spin_unlock(&foo_mutex);    synchronize_rcu();    kfee(old_fp);}订阅——发布机制

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void foo_update( foo* new_fp ){    spin_lock(&foo_mutex);    foo *old_fp = gbl_foo;        new_fp->a = 1;    new_fp->b = ‘b’;    new_fp->c = 100;        gbl_foo = new_fp;    spin_unlock(&foo_mutex);    synchronize_rcu();    kfee(old_fp);}       这段代码中，我们期望的是6，7，8行的代码在第10行代码之前执行。但优化后的代码并不对执行顺序做出保证。在这种情形下，一个读线程很可能读到new_fp，但new_fp的成员赋值还没执行完成。当读线程执行dosomething(fp->a, fp->b , fp->c ) 的 时候，就有不确定的参数传入到dosomething，极有可能造成不期望的结果，甚至程序崩溃。可以通过优化屏障来解决该问题，RCU机制对优化屏障做了包装，提供了专用的API来解决该问题。这时候，第十行不再是直接的指针赋值，而应该改为 :       rcu_assign_pointer(gbl_foo,new_fp);  #define rcu_assign_pointer(p, v) \         __rcu_assign_pointer((p), (v), __rcu) #define __rcu_assign_pointer(p, v, space) \         do { \                 smp_wmb(); \                 (p) = (typeof(*v) __force space *)(v); \         } while (0)void foo_read(void){            rcu_read_lock();    foo *fp = gbl_foo;    if ( fp != NULL )        dosomething(fp->a, fp->b ,fp->c);    rcu_read_unlock();}#define rcu_dereference(p) rcu_dereference_check(p, 0)  #define rcu_dereference_check(p, c) \         __rcu_dereference_check((p), rcu_read_lock_held() || (c), __rcu) #define __rcu_dereference_check(p, c, space) \         ({ \                 typeof(*p) *_________p1 = (typeof(*p)*__force )ACCESS_ONCE(p); \                 rcu_lockdep_assert(c, "suspicious rcu_dereference_check()" \                                       " usage"); \                 rcu_dereference_sparse(p, space); \                 smp_read_barrier_depends(); \                 ((typeof(*p) __force __kernel *)(_________p1)); \         }) static inline int rcu_read_lock_held(void){         if (!debug_lockdep_rcu_enabled())                 return 1;         if (rcu_is_cpu_idle())                 return 0;         if (!rcu_lockdep_current_cpu_online())                 return 0;         return lock_is_held(&rcu_lock_map);}#define rcu_dereference(p)     ({ \                    typeof(p) _________p1 = p; \                    smp_read_barrier_depends(); \                    (_________p1); \                    })数据读取的完整性

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如图我们在原list中加入一个节点new到A之前，所要做的第一步是将new的指针指向A节点，第二步才是将Head的指针指向new。这样做的目的是当插入操作完成第一步的时候，对于链表的读取并不产生影响，而执行完第二步的时候，读线程如果读到new节点，也可以继续遍历链表。如果把这个过程反过来，第一步head指向new，而这时一个线程读到new，由于new的指针指向的是Null，这样将导致读线程无法读取到A，B等后续节点。从以上过程中，可以看出RCU并不保证读线程读取到new节点。如果该节点对程序产生影响，那么就需要外部调用做相应的调整。如在文件系统中，通过RCU定位后，如果查找不到相应节点，就会进行其它形式的查找，相关内容等分析到文件系统的时候再进行叙述。小结

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