rcu入门

rcu入门

是什么

• 可参考官方文档

• Read-copy update，可以理解为，先读数据，修改之后，一次性替换旧数据

• 是linux内核的同步机制，提供线程安全的并发访问

应用场景

• 典型应用场景
  • 链表
  • 读多写少

实现

链表插入节点

• 在A之前插入节点，分为3步

• 1.new 新节点

• 2.新节点next指针指向A

• 3.前置节点的next指针，指向新节点

分析

• 在2步之后时，所有遍历链表操作正常
• 在3步之后，所有遍历链表操作也均正常
• 因为改变指针是原子的，所以不会有问题

链表删除节点

• 删除B节点，分为3步

• A节点的next指针，指向C
• 等待宽限期过去
• delete B节点

分析

• 1步之后，访问到A节点的线程，可以继续访问后续C节点；访问到B节点的线程，可以继续访问C节点
• 2步，宽限期的含义是，等待所有访问B节点的线程，释放对B节点的访问
• 3步，当没有线程访问B节点时，可以删除B节点

宽限期详解

• 写需要加锁
• 读不需要加锁

参考下面的例子

• 两个线程，一个读，一个写
• 假设，当读线程获取gbl_foo之后，线程切换
• 此时写线程更新gbl_foo，销毁旧gbl_foo
• 之后，读线程切换回来，发现gbl_foo已经是空指针

 1 struct foo{
 2     int a;
 3     char b;
 4     long c;
 5 };
 6 
 7 DEFINE_SPINLOCK(foo_mutex);
 8 
 9 void foo_read(void)
10 {
11     foo *fp = gbl_foo;
12     if( fp != NULL )
13     {
14         dosomthing(fp->a, fp->b, fp->c);
15     }
16 }
17 
18 void foo_update(foo * new_fp)
19 {
20     spin_lock(&foo_mutex);
21     foo *old_fp = gbl_foo;
22     gbl_foo = new_fp;
23     spin_unlock(&foo_mutex);
24 }

宽限期，即用来解决该问题

• 写线程更新完gbl_foo之后，调用synchronize_rcu()，阻塞等待至宽限期结束，之后再释放旧指针

• 读线程加rcu_read_lock()和 rcu_read_unlock()，并不实际加锁，而是进入宽限期

• synchronize_rcu() 函数需要等待，在此之前所有调用rcu_read_lock() 函数的线程，进行rcu_read_unlock()

  这意味着，所有可能持有旧指针的线程不在使用旧指针

• 实现上设计复杂的状态机等原理

• 简单可理解为，rcu_read_lock() 和 rcu_read_unlock()之间不允许线程切换，当synchronize_rcu()之后，CPU都进行至少一次线程切换即可认为宽限期已过

 1 void foo_read(void)
 2 {
 3     rcu_read_lock();
 4     foo *fp = gbl_foo;
 5     if( fp != NULL )
 6         dosomthing(fp->a, fp->b, fp->c);
 7     rcu_read_unlock();
 8 }
 9 
10 void foo_update(foo *new_fp)
11 {
12     spin_lock(&foo_mutex);
13     foo *old_fp = gbl_foo;
14     gbl_foo = new_fp;
15     spin_unlock(&foo_mutex);
16     synchronize_rcu();
17     kfree(old_fp);
18 }