前言

📫作者简介：小明java问道之路，专注于研究计算机底层/Java/Liunx 内核，就职于大型金融公司后端高级工程师，擅长交易领域的高安全/可用/并发/性能的架构设计📫 

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本文导读

我们在上一篇文章中学习了 Linux内核rcu锁实现原理与源码解析 ，提到了写任务通过 rcu_assign_pointer 来修改指针，通过 synchronize_kernel 来等待所有的读任务完成。而读任务通过 rcu_read_lock、rcu_read_unlock rcu_dereference 来上锁、解锁、获取引用值。

本篇我们看下这几个操作都做了什么。

一、rcu_read_lock()

读任务声明读端临界区开始，用于保证之后的对修改对象的访问都不会被回收(还记得上述说不就是垃圾回收吗？先创建一个副本（然后在合适时机删除副本），定义如下。

#define rcu_read_lock()	preempt disable()

二、rcu_read_unlock()

表明读任务对对象的使用已经完成，也即结束临界区，度过了宽限期，定义如下。

#define rcu read_unlock()	preempt_enable()

三、synchronize_rcu() / call_rcu()

synchronize_rcu() 写任务等待所有读任务都度过了宽限期，然后执行回收垃圾对象操作。

这个函数阻塞了写任务，在某些场景下写任务不能被阻塞，那么怎么做呢？答案是调用 call_rcu 函数，这将不会阻塞写任务，会将 callback 函数挂到 RCU 回调列表中，等所有读任务都度过宽限期后调用 callback 释放 old 对象。

    CPU0    CPU 1   CPU 2	      1    rcu_read_lock()	2            enters synchronize_rcu()3                    rcu_read_lock()4    rcu_read unlock()5            exits synchronize_rcu()	6                    rcu_read_unlock()	

CPU0 在 1 处开启读临界区，CPU1 在 2 处开始等待所有读任务度过宽限期，这时 CPU2 在 3 处开启读临界区。注意，这时 CPU2 读到的是 CPU1 修改过后的数据，这是没问题的，因为 CPU2 是在 CPUI 修改后才访问的资源，而当在 4 处 CPUO 退出读临界区后，CPU1 将直接退出等待状态，即 CPU1 只需要等待 CPU0 而不需要等待 CPU2。所以，读者这里更加能够理解宽限期的概念了吧？只需要等待写任务写之前已经开始读资源的任务即可。

四、rcu_assign_pointer()

rcu_assign_pointer() 函数很简单，查看定义 typeof(p)rcu_assign_pointer(p,typeof(p)v);，有没有发赏传入两个指针，即需要修改的值的指针和修改后的值的指针，然后返回修改后的指针。实际上这是一个宏定义，如下所示。

#define rcu_assign_pointer(p,v) ({    // 来个写屏障，保证写操作不会重排序，即后面的赋值操作不会重排序到这个屏障之前的写操作之前    // 之前的写也不会重排序到指针赋值之后    smp_wmb();    (p)=(v);})

也就是说，写任务通过 rcu_assign_pointer() 函数修改需要更新的指针，因为在不同 CPU 架构中可能会产生重排序，所以用这个宏定义来保证写顺序。

五、rcu_dereference()

#define rcu dereference(p) {    typeof(p)_p1=p;    smp_read_barrier_depends();	//来个读屏障，保证读操作不会重排序	    (__p1);}

和上述一样，也是个宏定义，实际上就是给读写任务用于获取指针，这只不过同样采用了内存屏障的方式保证了读顺序罢了。当然，这里的宏定义必须在读临界区内读取，否则是非法的。看以下代码

rcu_read lock();p = rcu_dereference(head.next);rcu read unlock(); x = p->address;  // 非法，此时可能p已经被释放了
rcu_read_lock(); y = p->data;     // 非法，此时可能p已经被释放了rcu_read_unlock();

总结

上述便是 rcu 锁的核心概念，核心函数。Rcu 锁的难点不在于 API 的使用，而在于宽限期的概念，即如何判断所有任务已经度过宽限期呢？上述讨论了可以判断每个 CPU 否调因为发生了任务调度代表了在内核态的抢占过程，因为在读临界区内是禁止抢占的。