對linux rcu機制的深入理解

對linuxrcu機制的理解RCU(Read-copyupdate)鎖機制是kernel2.6的重大進步，使用rcu可以獲得比使用rwlock更高的性能，而且代碼簡單，不易死鎖。Linux文檔如下描述：SothetypicalRCUupdatesequencegoessomethinglikethefollowing:Removepointerstoadatastructure,sothatsubsequentreaderscannotgainareferencetoit.WaitforallpreviousreaderstocompletetheirRCUread-sidecriticalsections.Atthispoint,therecannotbeanyreaderswhoholdreferencestothedatastructure,soitnowmaysafelybereclaimed(e.g.,kfree()d).如上所述，RCU原理其實很簡單，現(xiàn)在假設(shè)你自己要實現(xiàn)一個基于rcu原理的模型。假定cpu處理報文的過程是原子的，這樣可以認為處理完一個報文就經(jīng)過了一個quiescentstate,RCU引用的過時數(shù)據(jù)就可以釋放了。接收報文開始進入一個新的周期，當發(fā)送報文后，標記一個周期的結(jié)束。假設(shè)有8個cpu，輪流處理報文，而報文處理依賴的信息存儲在共享內(nèi)存中。那末，現(xiàn)在的問題是：請用rcu機制實現(xiàn)共享內(nèi)存的釋放。假設(shè)所有的cpu處理一個報文結(jié)束，就代表一個graceperiod(因為只有處理報文時才會使用共享內(nèi)存)，即每個cpu都經(jīng)過了一個quiscentstate.那么現(xiàn)在就有三個問題：1.如何確定所有的cpu都經(jīng)過了一個quiscentstate?2．在rcu處理時，如何保證別的cpu不對要釋放的數(shù)據(jù)操作？3.在rcu處理后，如何開啟和判斷下一個rcu周期？帶著這三個問題，我們可以看一下linux是如何實現(xiàn)rcu機制的。以下的分析是基于linux-2.6.27代碼：Rcu有兩個重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):/*Globalcontrolvariablesforrcupdatecallbackmechanism?*/structrcu_ctrlblk{TOC\o"1-5"\h\zlongcur;/*Currentbatchnumber.*/longcompleted;/*Numberofthelastcompletedbatch*/intnext_pending;/*Isthenextbatchalreadywaiting?*/intsignaled;spinlock_tlockcacheline_intemodealigned_in_smp;cpumask_tcpumask;嚴CPUsthatneedtoswitchinorder*//*forcurrentbatchtoproceed?*/}cacheline」nternodealigned」n_smp;上述結(jié)構(gòu)是rcu全局控制結(jié)構(gòu)structrcu_data{/*1)quiescentstatehandling:*/longquiescbatch;/*Batch#forgraceperiod*/intpassed_quiesc;/*User-mode/idleloopetc.*/intqs_pending;/*corewaitsforquiescstate*//*2)batchhandling*/longbatch;/*Batch#forcurrentRCUbatch*/structrcuhead*nxtlist,structrcu_head**nxttail;longqlen;/*#ofqueuedcallbacks*/structrcu_head*curlist;structrcu_head**curtail;structrcu_head*donelist;structrcu_head**donetail;longblimit;/*Upperlimitonaprocessedbatch*/intcpu;structrcu_headbarrier;｝；上述結(jié)構(gòu)是每個cpu用的rcu數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。DECLARE_PER_CPU(structrcu_data,rcu_data);staticstructrcu_ctrlblkrcu_ctrlblk=｛