顺序锁替换读写锁

在内核中，顺序锁和读写锁比较相似，都是针对多读少写且快速处理的临界区的锁机制。

　　对于 rwlock 而言，rwlock的全称是"reader-writer spin lock"，和普通的spinlock不同，它对"read"和"write"的操作进行了区分。如果当前没有writer，那么多个reader可以同时获取这个rwlock。如果当前没有任何的reader，那么一个writer可以获取这个rwlock。rwlock限定了reader与writer之间，以及writer与writer之间的互斥，但它没有限定reader与reader之间的互斥。

　　看起来rwlock比原生的spinlock控制更加精细，应用起来应该更加高效对不对；但rwlock存在一个问题，如果现在有多个reader在使用某个rwlock，那么writer需要等到所有的reader都释放了这个rwlock，才可以获取到，这容易造成writer执行的延迟，俗称饥饿(starve)。

　　而且，在writer等待期间，reader还可以不断地加入进来执行，这对writer来说实在是太不公平了。即便writer的优先级更高，也不能先于优先级更低的reader执行，身份（是reader还是writer）决定一切。

【seqlock】

　　seqlock是由Stephen Hemminger负责开发，自Linux 2.6版本引入的，其全称是"sequential lock"。相比起rwlock，它进一步解除了reader与writer之间的互斥，只保留了writer与writer之间的互斥。只要没有其他的writer持有这个seqlock（即便当前存在reader持有该seqlock），那么第一个试图获取该seqlock的writer就可以成功地持有。

• 那如果在reader读取共享变量期间，writer对变量进行了修改，岂不是会造成读取数据的不一致？

typedef struct {
    struct seqcount seqcount;
    spinlock_t lock;
} seqlock_t;

数据结构存在两个成员，一个是锁变量 sequence，另一个是 spinlock 成员，该 spinlock 是用作写者之间的互斥的。 

开始写入

每当有writter持有seqlock之后，sequence number的值就会加1：

/*
 * Lock out other writers and update the count.
 * Acts like a normal spin_lock/unlock.
 * Don't need preempt_disable() because that is in the spin_lock already.
 */
static inline void write_seqlock(seqlock_t *sl)
{
    spin_lock(&sl->lock);
    s->sequence++;
    smp_wmb();
}

最后设置一个内存屏障以保证加锁操作对所有 CPU 可见（数据刷新到memory；barrier() 的作用就是告诉编译器，内存中变量的值已经改变了，之前保存与寄存器或cache中的变量副本无效，如果访问该变量需要直接去内存中读取）

 结束写入

 当writer释放seqlock之前，sequence number的值会再次加1：

 

static inline void write_seqcount_end(seqcount_t *s)
{
    smp_wmb();
    s->sequence++;
        spin_unlock(&s->lock);      
}

sequence number的初始值是一个偶数(even)，因而当writer持有spinlock时，sequence number的值将是一个奇数(odd)，释放后则又变成偶数。

 

开始读取

reader在读取一个共享变量之前，需要先读取一下sequence number的值，如果为奇数，说明现在有writer正在修改这个变量，需要等待，直到sequence number变为偶数，才可以开始读取变

/**
 * __read_seqcount_begin - begin a seq-read critical section (without barrier)
 * @s: pointer to seqcount_t
 * Returns: count to be passed to read_seqcount_retry
 *
 * __read_seqcount_begin is like read_seqcount_begin, but has no smp_rmb()
 * barrier. Callers should ensure that smp_rmb() or equivalent ordering is
 * provided before actually loading any of the variables that are to be
 * protected in this critical section.
 *
 * Use carefully, only in critical code, and comment how the barrier is
 * provided.
 */
static inline unsigned __read_seqcount_begin(const seqcount_t *s)
{
    unsigned ret;

repeat:
    ret = READ_ONCE(s->sequence);
    if (unlikely(ret & 1)) {
        cpu_relax();
        goto repeat;
    }
    return ret;
}

 

结束读取

读取变量之后，reader需要再次读取一下sequence number的值，并和读取之前的sequence number的值进行比较，看是否相等，相等则说明在此期间没有writer的操作

static inline int __read_seqcount_retry(const seqcount_t *s, unsigned start)
{
    return unlikely(s->sequence != start);
}

 

适用场景

理论上，reader可以随时读（相当于在读取一侧没有加锁）。在这一过程中，writer不会受到什么影响，但reader可能就需要多读几次。一个writer只会被其他writer造成starve，而不再会被reader造成starve。

显然，其设计策略是倾向于writer的。它适用于reader数量较多，而writer数量较少的场景。其在Linux中的一个重要应用就是表示时间的jiffies（jiffies记录了系统启动后的时钟节拍的数目）。

do {
    seq = read_seqbegin(&jiffies_lock);
    ret = jiffies_64;
} while (read_seqretry(&jiffies_lock, seq));

    do {
        __skb_pull(skb, skb_network_offset(skb));
        seq = read_seqbegin(&neigh->ha_lock);
        err = dev_hard_header(skb, dev, ntohs(skb->protocol),
                      neigh->ha, NULL, skb->len);
    } while (read_seqretry(&neigh->ha_lock, seq));

• spinlock的“一读或一写”
• rwlock的“多读或一写”
• seqlock的“多读和一写”
• RCU“多读和多写”