1.Linux 内核：RCU机制与使用
2.linux rcu原理
3.Linux内核 RCU机制详解
4.Linux 内核 rcu(顺序) 锁实现原理与源码解析
5.深入理解linux 内核的锁u锁RCU本质
6.Linux 内核 RCU机制介绍

Linux 内核：RCU机制与使用

       在学习Linux源码时，遇到带有__rcu后缀的源码数据结构，引发对RCU机制的详解好奇。RCU（Read-Copy Update）是锁u锁数据同步机制，主要用于优化链表遍历读取效率，源码避免锁竞争和内存延迟，详解证件照相机源码适用于读多写少的锁u锁场景，如文件系统中频繁查找定位目录而目录修改相对较少的源码情况。

       RCU机制通过在读取数据时不对链表加锁，详解允许多线程同时读取，锁u锁但当线程尝试修改数据时，源码必须加锁以保证数据一致性。详解这种机制显著提升了性能，锁u锁尤其在大量读取少量修改的源码场景中。

       在Linux内核源码中，详解RCU的详细文档和实现源码可于Documentation/RCU/目录下找到。Paul E. McKenney为主要实现者，并整理了相关文章和链接供参考。

       RCU解决了多个关键问题：如在读取过程中，另一个线程可能删除或插入节点，RCU通过宽限期确保数据的完整性和一致性；发布-订阅机制确保插入的节点在读取时得到完整引用；并保证链表遍历的一致性，避免中间断开。

       RCU基于读-拷贝修改原理，允许读者无锁访问数据，而写者在进行修改时，先复制数据结构副本，修改副本后，通过回调函数在适当时机完成数据结构的更新或释放。这个适当时机由内核自动确定。

       RCU的核心在于允许并行的读取操作，同时对写操作进行延迟处理，通过读者信号和垃圾收集器确保数据的一致性和安全性。与传统锁机制相比，RCU减少了锁竞争和内存延迟，提升了性能。

       RCU通过grace period（宽限期）和quiescent state（静默状态）机制，确保写操作在所有读操作完成后执行，从而避免了数据不一致问题。RCU的实现包括rcu_read_lock和rcu_read_unlock，用于管理读操作的临界区，以及synchronize_rcu用于挂起写操作，直到所有读操作结束。

       在使用RCU保护共享数据结构时，读者可以自由访问，无需加锁；而写者在访问数据时，下载源码android先复制副本进行修改，最后通过回调函数在适当时机执行真正的修改操作。这种机制确保了数据的一致性和安全性，同时避免了锁竞争的性能开销。

       RCU通过一系列核心API，如rcu_read_lock和rcu_read_unlock，以及synchronize_rcu，实现了读操作的并发性和写操作的延迟处理。读者通过这些API进入读临界区，而写者通过synchronize_rcu挂起，直到所有读操作完成。

       在实际应用中，RCU允许在不牺牲性能的情况下，处理大量读取和少量写入的操作。例如，在系统调用审计、路由表维护等场景中，使用RCU可以显著提升性能，同时减少锁竞争和内存延迟的问题。

       RCU机制虽然提升了性能，但也存在内存占用和写操作开销等问题。在考虑使用RCU时，需要权衡其带来的性能提升与内存使用和写操作的复杂性。

linux rcu原理

       RCU, Read-Copy-Update，是Linux内核中的一种同步机制。RCU常被描述为读写锁的替代品，它的特点是读者并不需要直接与写者进行同步，读者与写者也能并发的执行。

       æ¥ä¸€å¼ å›¾ç‰‡æ¥æè¿°ä¸‹å¤§ä½“的操作吧：

       å¤šä¸ªè¯»è€…可以并发访问临界资源，同时使用rcu_read_lock/rcu_read_unlock来标定临界区；

       å†™è€…(updater)在更新临界资源的时候，拷贝一份副本作为基础进行修改，当所有读者离开临界区后，把指向旧临界资源的指针指向更新后的副本，并对旧资源进行回收处理；

       å›¾ä¸­åªæ˜¾ç¤ºä¸€ä¸ªå†™è€…，当存在多个写者的时候，需要在写者之间进行互斥处理。

Linux内核 RCU机制详解

       RCU（Read-Copy Update）是一种数据同步方式，在Linux内核中扮演着重要角色。它主要针对链表数据对象，旨在提升遍历读取数据的效率。使用RCU机制读取数据时，不对链表进行耗时加锁操作，允许多个线程同时读取，同时允许一个线程进行修改（修改时需加锁）。RCU适用于频繁读取数据但修改较少的场景，例如文件系统中频繁查找目录，但修改相对较少。

       Linux内核源码中的RCU文档较为丰富，可在/Documentation/RCU/目录下找到相关文件。Paul E. McKenney是RCU源码的主要实现者，他撰写了大量关于RCU的文章，并将相关论文链接整理在www2.rdrop.com/users/pa...。

       RCU实现过程中需解决以下问题：

       1. 在读取过程中，另一线程删除了节点。删除线程可将其从链表中移除，但不能直接销毁，必须等待所有读取线程完成后才能销毁。网页源码英文RCU中称此为宽限期。

       2. 在读取过程中，另一线程插入新节点，读线程读取到该节点，需保证读取到的节点完整。这涉及发布-订阅机制。

       3. 保证读取链表的完整性。新增或删除节点，防止遍历链表时从中间断开。但RCU不保证一定能读到新增节点或不读到要删除的节点。

       宽限期：以下例子修改自Paul的文章。

       以下程序针对全局变量gbl_foo的操作。假设场景：两个线程同时运行foo_read和foo_update，当foo_read执行完赋值操作后线程切换；此时另一个线程开始执行foo_update并完成。当foo_read运行的进程切换回来后，运行dosomething时，fp已被删除，这将危害系统。为防止此类事件，RCU增加宽限期概念。如图所示：

       图中每行代表一个线程，最下面一行是删除线程，执行完删除操作后进入宽限期。宽限期的意义是，删除动作发生后，必须等待所有宽限期开始前已经开始的读线程结束，才能进行销毁操作。这样做的原因是这些线程可能读取到要删除的元素。图中的宽限期需等待1和2结束；而读线程5在宽限期开始前已结束，无需考虑；而3、4、6也不需考虑，因为在宽限期结束后开始后的线程不可能读取到已删除的元素。为此，RCU机制提供了相应的API来实现这个功能。

       宽限期是RCU实现中最复杂的部分，原因是在提高读数据性能的同时，删除数据的性能也不能太差。

       订阅-发布机制：当前编译器会对代码进行一定程度的优化，CPU也会对执行指令进行优化调整，以提高代码执行效率。但这样的优化有时会带来不期望的结果。如例：

       这段代码中，我们期望6、简约404源码7、8行代码在第行代码之前执行。但优化后的代码并不保证执行顺序。在这种情况下，一个读线程可能读取到new_fp，但new_fp的成员赋值尚未完成。当读线程执行dosomething(fp->a, fp->b, fp->c)时，就有可能出现不确定的参数传入，可能造成不期望的结果，甚至程序崩溃。可以通过优化屏障来解决该问题，RCU机制对优化屏障进行了封装，提供了专用的API来解决该问题。此时，第十行不再是直接的指针赋值，而应改为：

       rcu_assign_pointer(gbl_foo, new_fp);

       rcu_assign_pointer的实现较为简单，如下：

       我们可以看到它的实现只是在赋值之前加上了优化屏障smp_wmb，以确保代码的执行顺序。另外，宏中使用的__rcu只是作为编译过程的检测条件。

       在DEC Alpha CPU机器上还有一种更强的优化，如下所示：

       第六行的fp->a, fp->b, fp->c会在第三行还没执行的时候就预先判断运行，当它与foo_update同时运行时，可能导致传入dosomething的一部分属于旧的gbl_foo，而另一部分属于新的。这样可能导致运行结果的错误。为了避免此类问题，RCU还是提供了宏来解决该问题：

       这段代码中加入了调试信息，去除调试信息可以是以下的形式（其实这也是旧版本中的代码）：

       在赋值后加入优化屏障smp_read_barrier_depends()。

       我们之前的第四行代码改为foo *fp = rcu_dereference(gbl_foo);，就可以防止上述问题。

       数据读取的完整性：以下例子说明这个问题。

       如图，我们在原list中加入一个节点new到A之前，第一步是将new的指针指向A节点，第二步是将Head的指针指向new。这样做的目的是当插入操作完成第一步时，对于链表的读取并不产生影响；而执行完第二步时，读线程如果读到new节点，也可以继续遍历链表。如果把这个过程反过来，第一步head指向new，而这时一个线程读到new，由于new的源码之家springmvc指针指向的是Null，这将导致读线程无法读取到A、B等后续节点。从以上过程中，可以看出RCU并不保证读线程读取到new节点。如果该节点对程序产生影响，那么就需要外部调用做相应的调整。如在文件系统中，通过RCU定位后，如果查找不到相应节点，就会进行其他形式的查找，相关内容等分析到文件系统时再进行叙述。

       我们再看一下删除一个节点的例子：

       如图，我们希望删除B，这时候要做的就是将A的指针指向C，保持B的指针，然后删除程序将进入宽限期检测。由于B的内容并没有变更，读到B的线程仍然可以继续读取B的后续节点。B不能立即销毁，必须等待宽限期结束后才能进行相应销毁操作。由于A的节点已经指向了C，当宽限期开始之后所有的后续读操作通过A找到的是C，而B已经隐藏了，后续的读线程都不会读到它。这样就确保宽限期过后，删除B并不对系统造成影响。

       RCU的原理并不复杂，应用也很简单。但代码的实现并不容易，难点都集中在宽限期的检测上，后续分析源代码时，我们可以看到一些极富技巧的实现方式。

Linux 内核 rcu(顺序) 锁实现原理与源码解析

       结论是，Linux 内核中的 RCU（Read-Copy-Update）锁提供了一种无需阻塞的锁机制，旨在提高并发性能。传统的锁如自旋锁和互斥锁存在阻塞问题，而RCU锁通过读写分离、延迟删除策略来实现无锁或低阻塞的操作。

       RCU锁的核心原理是利用读写分离的策略。当有读任务 M 阅读链表时，写任务 N 可以在读任务完成后再进行修改，通过rcu_assign_pointer 修改指针，保留旧节点直到读任务结束。写任务通过synchronize_kernel等待所有读任务完成，而读任务则通过rcu_read_lock获取读锁，rcu_read_unlock释放，rcu_dereference访问数据。

       这种机制类似于垃圾回收机制，写者在操作后保留旧引用，直到所有读任务结束才删除。rcu_read_lock会禁止抢占，形成一个宽限期，确保读任务在读锁保护下完成，从而避免数据不一致。

       总的来说，RCU锁通过巧妙的策略，实现了低阻塞的并发控制，提高系统性能，而源码中的关键操作包括rcu_assign_pointer进行指针更新，synchronize_kernel等待读任务完成，以及读任务通过rcu_read_lock等函数进行锁的管理和数据访问。

深入理解linux 内核的RCU本质

       RCU，即Read-Copy Update，其核心是通过同步reader-side和reclaim-side临界区，而非writer-side，来处理并发读写操作。它主要特点在于：

       只使用reader-side lock，避免锁竞争，确保数据读取的并行性。

       reader并发访问的是由共享指针指向的不同数据副本，而非同一份数据，通过副本切换减少竞态条件。

       writer-side临界区的同步需用户自行处理，而非由RCU自动同步。

       RCU关注旧副本的读取和回收，保护的是旧副本数据的完整性。

       更新操作拆分为removal（数据迁移）和reclamation（数据回收）两步，旧副本回收在removal后进行，确保读者在迁移期间的活动完成。

       rcu_read_lock和rcu_read_unlock提供轻量级的同步，避免了传统锁机制下的锁竞争，允许基于RCU的更新在不破坏读者的情况下进行。

       reclamation必须在所有读者完成其旧引用访问后进行，但不与读取新副本的临界区同步。

       总的来说，RCU的设计旨在分离读和写操作，通过数据副本和轻量级同步机制，有效保护旧副本数据的更新和回收过程，提升并发性能。

Linux 内核 RCU机制介绍

       RCU，全称Read-Copy Update，是Linux内核中的一个同步机制，于年加入。与顺序锁和读写自旋锁不同，RCU允许单个写者与多个并发的读者共存，保证了数据安全的读取，即使数据正在被修改。

       RCU由发布-订阅机制为核心，确保数据访问的线程安全。例如，尽管直接赋值可能引发编译器或CPU重排序问题，但通过rcu_assign_pointer()，可以确保初始化值在读者解引用之前被正确获取，避免未初始化值的可见性问题。

       在操作RCU保护的链表时，rcu_read_lock()和rcu_read_unlock()定义了读端临界区，它们在非抢占内核中基本无操作，但在处理并发读者时至关重要。list_add_rcu()需要保护，因为并发修改可能会导致问题，但与RCU读操作可以并行。

       RCU的复杂性体现在替换和删除操作后的内存管理，需要第二个机制来确保所有读者释放引用。此外，RCU支持异步等待，通过call_rcu()回调机制，允许在等待完成的同时执行其他任务。

       RCU通过维持对象的不同版本，确保读者在更新对象时无需同步。在删除或替换场景中，它能处理多个版本的链表，只有在所有读取完成之后，更新操作才能安全进行。尽管如此，频繁更新的数据结构并不适合使用RCU，因为它更适用于读多写少的情况。

       RCU的实现机制在Linux内核中处理了中断、NMI、CPU热插拔等复杂情况，确保了高性能和可扩展性。理解并掌握RCU是深入理解Linux内核同步机制的关键部分。

linux内核 RCU机制详解

       RCU（Read-Copy Update）是Linux内核中一种用于数据同步的方式，旨在优化频繁读取数据的性能，特别是在链表操作中。RCU允许多个线程同时读取链表，只有在对链表进行修改时才需要加锁。这种机制特别适用于需要频繁查找目录等操作，但修改目录相对较少的情景。

       为了理解RCU机制，首先需要熟悉其文档，Linux内核源码中提供了详细的说明，位于“/Documentation/RCU/”目录下，主要实现者Paul E. McKenney还整理了相关文章和论文链接。

       RCU机制的核心问题涉及数据的读取和修改过程中的冲突与同步。具体而言，解决的三个关键问题包括：

       在读取过程中，另一个线程删除了一个节点。删除线程移除节点后，必须等待所有读取线程读取完毕，才能进行节点的销毁操作。这个过程称为宽限期（Grace period）。

       读取过程中，另一个线程插入了一个新节点，读线程读到了这个节点。为确保读取的节点完整，RCU引入了发布-订阅机制，确保读取到的节点状态正确。

       保证读取链表的完整性，避免新增或删除节点导致遍历链表中断。尽管RCU不保证一定能读到新增节点或不读到要删除的节点。

       宽限期是RCU实现中最复杂的部分，其目的是在提高读取数据性能的同时，确保删除数据的性能不至于受到影响。

       以一个例子说明宽限期的实现：假设两个线程同时运行foo_read和foo_update，foo_read完成赋值后发生线程切换，此时foo_update开始执行并完成。当foo_read线程返回并执行dosomething操作时，发现fp已经被删除，这可能导致系统错误。为避免这种情况，RCU引入了rcu_read_lock和rcu_read_unlock函数标记读过程的开始和结束，synchronize_rcu()函数则用于开始宽限期。在宽限期期间，所有读线程必须结束，才能进行节点的销毁操作，确保不会出现读取到已删除节点的情况。

       在DEC Alpha CPU上，优化器可能会提前判断部分指令，这可能导致程序行为的意外改变。为解决这一问题，RCU提供了优化屏障API，确保执行顺序的正确性。

       关于数据读取的完整性，RCU并不保证读线程能够读取到新增的节点或避免读取到将被删除的节点。如果新增或删除的节点对程序有影响，可能需要通过外部机制进行相应的处理。

经典RCU锁原理及Linux内核实现

       RCU锁是一种适用于读取多写取少的场景，其全称为Read Copy Update。相较于读写锁，RCU锁的特色在于读者无需加锁，但可能遇到旧数据的问题。当写者开始修改数据时，会先复制一份，完成修改后再更新指针地址，保证数据一致性。

       在RCU锁的工作流程中，多个读者在写者修改数据过程中可能会读取到旧数据。具体来说，在写者开始修改数据到完成修改的这段时间内，新数据还未更新至指针地址，此期间进入的读者会读取到旧数据。写者完成修改后，需要等待所有访问旧数据的读者完成访问才能删除旧数据，确保数据一致性。

       在Linux内核实现中，RCU锁的实现依赖于特殊保护机制。例如，通过`rcu_read_lock()`和`rcu_read_unlock()`来限定读者访问数据的范围，避免在写者修改数据时被抢占。此外，内核中使用了一个名为rcu_dereference的宏，它在访问指针时插入了一个屏障，防止在Alpha处理器上由于编译器优化导致的指令重排。

       内核通过全局变量`rcu_ctrlblk`和`rcu_state`来跟踪读取过程，确保在所有读者完成访问后进行资源回收。通过`call_rcu`函数，内核可以将清理任务推迟到适当的时间，从而在保证数据一致性的同时，尽量减少性能开销。

       综上所述，RCU锁原理基于读取多写取少的场景，通过复制和更新指针地址来实现数据保护。在Linux内核中，通过一系列的保护机制和全局变量，确保了数据的一致性和访问的顺序性。RCU锁的实现展示了内核在处理并发访问时的灵活性和高效性，为开发者提供了更加友好的并发编程环境。

linux RCU 机制小结

       学习qemu时，发现IO线程中利用RCU机制，确保链表场景下的并发同步。

       RCU是一种年月引入Linux内核的同步机制，旨在优化读多写少的并发场景，如路由表查询。通过此机制，读操作者无需加锁，从而避免了锁的开销和内存屏障带来的延迟问题，提高读取效率。

       RCU机制的核心在于发布-订阅模式，确保写入操作不会影响正在读取旧数据的进程。代码中使用`rcu_assign_pointer()`保证指针赋值的顺序执行，预防编译器优化导致数据访问问题。同时，`rcu_dereference()`用于确保在指针初始化之前执行引用操作，防止针对null指针的访问。

       RCU通过在写入副本后等待特定时机更新整个链表，避免了常规同步机制可能产生的性能下降、可扩展性限制、死锁和内存泄露等问题。在读取阶段，进程通过`rcu_read_lock()`和`rcu_read_unlock()`进行控制，确保在写入/删除操作期间读取数据的一致性。

       RCU的并发控制通过grace period实现，即写入操作需要等待所有正在读取旧节点的读者完成读取并释放对应指针后，才能更新整个链表。这一机制确保了高效同步，减少了额外的同步开销，提高了系统整体性能和可扩展性。