linux的RCU机制

技术讨论
1

RCU（Read-Copy Update）是 Linux 内核中非常重要、也非常巧妙的一种 高效读写同步机制。

RCU 的目标

  • 让读者 无锁、极快地读取数据，

  • 写者在更新数据时也 不会阻塞读者。

RCU 的核心概念和主要 API

  • 读侧临界区（Read-Side Critical Section）
    指的是被 rcu_read_lock() 和 rcu_read_unlock() 包围的区域。
    在这个区域里，读者可以安全访问旧数据。

  • 宽限期（Grace Period）
    指的是系统保证“所有正在进行的读者（此处的读者包括写者）都已经退出”的时间段。
    一旦宽限期结束，表示没有人再访问旧数据，这时旧数据可以安全释放。

API 作用
rcu_read_lock() / rcu_read_unlock() 标记 RCU 读侧临界区
rcu_dereference(p) 安全读取 RCU 保护的指针
rcu_assign_pointer(p, v) 安全更新指针，发布新版本
synchronize_rcu() 等待所有旧读者退出临界区（同步点）
call_rcu(cb, func) 注册回调函数，在宽限期结束后执行（延迟释放）

流程

读者

  1. 调用 rcu_read_lock() 进入读侧临界区

    • 在非可抢占 RCU 实现中，会执行 preempt_disable()，禁止任务被抢占。

  2. 用 rcu_dereference() 读取数据

  3. 调用 rcu_read_unlock() 离开读侧临界区

写者

  1. 拷贝旧数据；

  2. 修改副本（直接用 rcu_dereference() 读取数据）

  3. 用 rcu_assign_pointer() 替换指针；

  4. 用 call_rcu() 或 synchronize_rcu() 等待旧读者退出；

  5. 释放旧数据。

核心难点之一：写操作和新读者的并发一致性问题

考虑以下情况

  1. 写者复制一份副本，在副本上修改；

  2. 还没把新副本放回去（即还没执行 rcu_assign_pointer()）；

  3. 此时有新的读者来了；

  4. 新读者会通过 rcu_dereference() 读到 旧数据；

  5. 那新读者读到旧数据怎么办？是不是不一致？

结论

RCU 允许读者在短时间内读到“旧数据”，但保证数据永远一致、不会崩。 换句话说： RCU 保证一致性（Consistency），但不保证最新性（Freshness）。

1 个赞
2

前排围观