Linux 2.6内核中新的锁机制--RCU（4）RCU 典型应用2
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Linux 2.6内核中新的锁机制--RCU（4）RCU 典型应用2
下面部分将就 RCU 的几种典型应用情况详细讲解。
1．只有增加和删除的链表操作
在这种应用情况下，绝大部分是对链表的遍历，即读操作，而很少出现的写操作只有增加或删除链表项，并没有对链表项的修改操作，这种情况使用RCU非常容易，从rwlock转换成RCU非常自然。路由表的维护就是这种情况的典型应用，对路由表的操作，绝大部分是路由表查询，而对路由表的写操作也仅仅是增加或删除，因此使用RCU替换原来的rwlock顺理成章。系统调用审计也是这样的情况。
这是一段使用rwlock的系统调用审计部分的读端代码：
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| static enum audit_state audit_filter_task(struct task_struct *tsk)
{
struct audit_entry *e;
enum audit_state state;
read_lock(&auditsc_lock);
/* Note: audit_netlink_sem held by caller. */
list_for_each_entry(e, &audit_tsklist, list) {
if (audit_filter_rules(tsk, &e->rule, NULL, &state)) {
read_unlock(&auditsc_lock);
return state;
}
}
read_unlock(&auditsc_lock);
return AUDIT_BUILD_CONTEXT;
}
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使用RCU后将变成：
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| static enum audit_state audit_filter_task(struct task_struct *tsk)
{
struct audit_entry *e;
enum audit_state state;
rcu_read_lock();
/* Note: audit_netlink_sem held by caller. */
list_for_each_entry_rcu(e, &audit_tsklist, list) {
if (audit_filter_rules(tsk, &e->rule, NULL, &state)) {
rcu_read_unlock();
return state;
}
}
rcu_read_unlock();
return AUDIT_BUILD_CONTEXT;
}
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这种转换非常直接，使用rcu_read_lock和rcu_read_unlock分别替换read_lock和read_unlock，链表遍历函数使用_rcu版本替换就可以了。
使用rwlock的写端代码：
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| static inline int audit_del_rule(struct audit_rule *rule,
struct list_head *list)
{
struct audit_entry *e;
write_lock(&auditsc_lock);
list_for_each_entry(e, list, list) {
if (!audit_compare_rule(rule, &e->rule)) {
list_del(&e->list);
write_unlock(&auditsc_lock);
return 0;
}
}
write_unlock(&auditsc_lock);
return -EFAULT; /* No matching rule */
}
static inline int audit_add_rule(struct audit_entry *entry,
struct list_head *list)
{
write_lock(&auditsc_lock);
if (entry->rule.flags & AUDIT_PREPEND) {
entry->rule.flags &= ~AUDIT_PREPEND;
list_add(&entry->list, list);
} else {
list_add_tail(&entry->list, list);
}
write_unlock(&auditsc_lock);
return 0;
}
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使用RCU后写端代码变成为：
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| static inline int audit_del_rule(struct audit_rule *rule,
struct list_head *list)
{
struct audit_entry *e;
/* Do not use the _rcu iterator here, since this is the only
* deletion routine. */
list_for_each_entry(e, list, list) {
if (!audit_compare_rule(rule, &e->rule)) {
list_del_rcu(&e->list);
call_rcu(&e->rcu, audit_free_rule, e);
return 0;
}
}
return -EFAULT; /* No matching rule */
}
static inline int audit_add_rule(struct audit_entry *entry,
struct list_head *list)
{
if (entry->rule.flags & AUDIT_PREPEND) {
entry->rule.flags &= ~AUDIT_PREPEND;
list_add_rcu(&entry->list, list);
} else {
list_add_tail_rcu(&entry->list, list);
}
return 0;
}
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对于链表删除操作，list_del替换为list_del_rcu和call_rcu，这是因为被删除的链表项可能还在被别的读者引用，所以不能立即删除，必须等到所有读者经历一个quiescent state才可以删除。另外，list_for_each_entry并没有被替换为list_for_each_entry_rcu，这是因为，只有一个写者在做链表删除操作，因此没有必要使用_rcu版本。
通常情况下，write_lock和write_unlock应当分别替换成spin_lock和spin_unlock，但是对于只是对链表进行增加和删除操作而且只有一个写者的写端，在使用了_rcu版本的链表操作API后，rwlock可以完全消除，不需要spinlock来同步读者的访问。对于上面的例子，由于已经有audit_netlink_sem被调用者保持，所以spinlock就没有必要了。
这种情况允许修改结果延后一定时间才可见，而且写者对链表仅仅做增加和删除操作，所以转换成使用RCU非常容易。
2．写端需要对链表条目进行修改操作
如果写者需要对链表条目进行修改，那么就需要首先拷贝要修改的条目，然后修改条目的拷贝，等修改完毕后，再使用条目拷贝取代要修改的条目，要修改条目将被在经历一个grace period后安全删除。
对于系统调用审计代码，并没有这种情况。这里假设有修改的情况，那么使用rwlock的修改代码应当如下：
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| static inline int audit_upd_rule(struct audit_rule *rule,
struct list_head *list,
__u32 newaction,
__u32 newfield_count)
{
struct audit_entry *e;
struct audit_newentry *ne;
write_lock(&auditsc_lock);
/* Note: audit_netlink_sem held by caller. */
list_for_each_entry(e, list, list) {
if (!audit_compare_rule(rule, &e->rule)) {
e->rule.action = newaction;
e->rule.file_count = newfield_count;
write_unlock(&auditsc_lock);
return 0;
}
}
write_unlock(&auditsc_lock);
return -EFAULT; /* No matching rule */
}
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如果使用RCU，修改代码应当为；
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| static inline int audit_upd_rule(struct audit_rule *rule,
struct list_head *list,
__u32 newaction,
__u32 newfield_count)
{
struct audit_entry *e;
struct audit_newentry *ne;
list_for_each_entry(e, list, list) {
if (!audit_compare_rule(rule, &e->rule)) {
ne = kmalloc(sizeof(*entry), GFP_ATOMIC);
if (ne == NULL)
return -ENOMEM;
audit_copy_rule(&ne->rule, &e->rule);
ne->rule.action = newaction;
ne->rule.file_count = newfield_count;
list_replace_rcu(e, ne);
call_rcu(&e->rcu, audit_free_rule, e);
return 0;
}
}
return -EFAULT; /* No matching rule */
}
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