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3。Lock-free应用场景三——RCU
在2。6内核中，开发者还引入了一种新的无锁机制-RCU(Read-Copy-Update)，允许多个读者和写者并发执行。RCU技术的核心是写操作分为写和更新两步，允许读操作在任何时候无阻碍的运行，换句话说，就是通过延迟写来提高同步性能。RCU主要应用于WRRM场景，但它对可保护的数据结构做了一些限定：RCU只保护被动态分配并通过指针引用的数据结构，同时读写控制路径不能有睡眠。以下数组动态增长代码摘自2。4。34内核：
清单7。2。4。34RCU实现代码
其中ipc_lock是读者，grow_ary是写者，不论是读或者写，都需要加spinlock对被保护的数据结构进行访问。改变数组大小是小概率事件，而读取是大概率事件，同时被保护的数据结构是指针，满足RCU运用场景。以下代码摘自2。6。10内核：
清单8。2。6。10RCU实现代码
#definercu_read_lock()preempt_disable()
#definercu_read_unlock()preempt_enable()
#definercu_assign_pointer(p，v)({
smp_wmb();
(p)=(v);
})
structkern_ipc_perm*ipc_lock(structipc_ids*ids，intid)
{
……
rcu_read_lock();
entries=rcu_dereference(ids->entries);
if(lid>=entries->size){
rcu_read_unlock();
returnNULL;
}
out=entries->p[lid];
if(out==NULL){
rcu_read_unlock();
returnNULL;
}
……
returnout;
}
staticintgrow_ary(structipc_ids*ids，intnewsize)
{
structipc_id_ary*new;
structipc_id_ary*old;
……
new=ipc_rcu_alloc(sizeof(structkern_ipc_perm*)*newsize+
sizeof(structipc_id_ary));
if(new==NULL)
returnsize;
new->size=newsize;
memcpy(new->p，ids->entries->p，sizeof(structkern_ipc_perm*)*size
+sizeof(structipc_id_ary));
for(i=size;inew->p[i]=NULL;
}
old=ids->entries;
/*
*Usercu_assign_pointer()tomakesurethememcpyedcontents
*ofthenewarrayarevisiblebeforethenewarraybecomesvisible。
*/
rcu_assign_pointer(ids->entries，new);
ipc_rcu_putref(old);
returnnewsize;
}
纵观整个流程，写者除内核屏障外，几乎没有一把锁。当写者需要更新数据结构时，首先复制该数据结构，申请new内存，然后对副本进行修改，调用memcpy将原数组的内容拷贝到new中，同时对扩大的那部分赋新值，修改完毕后，写者调用rcu_assign_pointer修改相关数据结构的指针，使之指向被修改后的新副本，整个写操作一气呵成，其中修改指针值的操作属于原子操作。在数据结构被写者修改后，需要调用内存屏障smp_wmb，让其他CPU知晓已更新的指针值，否则会导致SMP环境下的bug。当所有潜在的读者都执行完成后，调用call_rcu释放旧副本。同Spinlock一样，RCU同步技术主要适用于SMP环境。 |
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