rcu

简介

RCU，全称 Read, Copy Update，即 随便读，写操作需要复制一份新数据出来进行修改， 然后再更新回去，最后在适当时候回收旧数据

RCU 涉及两个概念：

  • 指向要保护数据的指针（RCU protected pointer）

  • 通过指针访问的数据（RCU protected data）

详细写操作如下：

  1. 复制一份新数据出来进行修改，将 RCU protected pointer 指向新数据，一旦把 RCU protected pointer 指向新数据，在此之前的 reader 都是在旧数据进行访问，因为 reader 都是通过 pointer 访问数据

  2. 等待所有访问旧数据的 reader 离开临界区之后再回收旧数据，此等待时间被称为 grace period

spin lock/rw spin lock/RCU 对比：

  • spin lock 属于互斥锁，通过 next 和 owner 共享变量 保护临界区，任何时候只有一个 thread（reader or writer）进入临界区

  • rw spin lock 基于 memory 中的 共享变量 保护临界区，允许多个 reader 并发执行， 不过 reader 和 writer 不能并发执行，必须等于所有 reader 退出，writer 才能进入临界区

  • RCU 允许一个 updater（不能同时多个 updater 进入临界区，通过 spinlock 来保证） 和多个 reader 并发执行。当 RCU updater 进入临界区的时候，即便有 reader 存在也无所谓， 它可以长驱直入，不需要spin。同样的，即便有一个 updater 正在临界区工作，这并不能阻挡 RCU reader 的步伐。

RCU reader 不需要访问任何 共享变量，从而提升 reader 性能，而且 reader 和 updater 可以并发执行。

适用的场景

  1. RCU 只能保护动态分配的数据结构，并且必须是通过指针访问该数据结构

  2. 受 RCU 保护的临界区内不能 sleep（除了 SRCU）

  3. 对 writer 的性能没有特别要求，但是 reader 性能要求极高

  4. reader 对新旧数据不敏感

基本RCU操作

对于 reader，RCU 的操作包括：

  1. rcu_read_lock() 标识 RCU read side 临界区的开始

  2. rcu_dereference() 获得 RCU protected pointer

  3. rcu_read_unlock() 标识 reader 离开 RCU read side 临界区

对于 updater，RCU 的操作包括：

  1. rcu_assign_pointer() 在完成新数据更新后，调用此接口让 RCU protected pointer 指向 RCU protected data

  2. synchronize_rcu() 在完成新数据更新后，同步等待所有在旧数据上的 reader 离开临界区， 然后直接进行回收旧数据

  3. call_rcu() 在某些情况下（如：softirq context），updater 无法阻塞，调用此函数， 仅仅是注册 callback 函数就直接返回，然后在适当时机调用 callback 函数，完成回收旧数据操作

参考

Linux内核同步机制之（七）：RCU基础

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