1.Linux 内核 rcu(顺序) 锁实现原理与源码解析
2.Linux 内核：RCU机制与使用
3.Linux内核5.8真的码修是一个“真正大”更新吗？
4.一文带你深入解析Linux内核-RCU机制（超详细~）
5.Linux内核 RCU机制详解
6.Linux内核RCU实现简析

Linux 内核 rcu(顺序) 锁实现原理与源码解析

       RCU 的全称是 Read-Copy-Update，代表读取-复制-更新，码修作为 Linux 内核提供的码修一种免锁机制，它在锁实现方案中独树一帜。码修在面对自旋锁、码修互斥锁、码修家乡介绍源码信号量、码修读写锁、码修req 顺序锁等常规锁结构时，码修RCU 提供了另一种思路，码修追求在无需阻塞操作的码修前提下实现高效并发。

       RCU 通过链表操作实现了读写分离。码修在读任务执行时，码修可以安全地读取链表中的码修节点。然而，码修若写任务在此期间修改或删除节点，则可能导致数据不一致问题。因此，RCU 采用先读取后复制、再更新的策略，实现无锁状态下的高效读取。这与 Copy-On-Write 技术相似，先复制一份数据，对副本进行修改，完成后将修改内容覆盖原数据，从而达到高效、无阻塞的操作。

       图中展示了链表操作的细节，每个节点包含数据字段和 next 指针字段。在读任务读取节点 B 时，写任务 N 执行删除操作，导致 next 指针指向错误的节点，从而引发业务异常。此时，若采用互斥锁，则能够保证数据一致性，但系统性能会受到一定程度的影响。读写锁和 seq 锁虽然在一定程度上改善了性能，但仍存在一定的问题，如写者饥饿状态或读者阻塞。

       RCU 的实现旨在避免以上问题，让读任务直接获取锁，无需像 seq 锁那样进行重试，也不像读写锁和互斥锁那样完全阻塞读操作。RCU 通过在读任务完成后再删除节点，实现先修改指针，保留副本，注册回调，newvpn 源码等待读任务释放副本，最后删除副本的过程。这种机制使得读任务无需阻塞等待写任务，有效提高了系统性能。

       内核源码中，RCU 通过 `rcu_assign_pointer` 修改指针，`synchronize_kernel` 等待所有读任务完成，而读任务则通过 `rcu_read_lock`、`rcu_read_unlock` 和 `rcu_dereference` 来上锁、解锁和获取引用值。这种设计在一定程度上借鉴了垃圾回收机制，通过写者修改引用并保留副本，待所有读任务完成后删除副本，从而实现高效、并发的操作。在 `rcu_read_lock` 中，禁止抢占确保了所有读任务完成后才释放锁，开启抢占，这为读任务提供了宽限期，等待所有任务完成。

       总之，RCU 作为一种创新的锁实现机制，通过链表操作和读写分离策略，为 Linux 内核提供了一种高效、无阻塞的并发控制方式。其源码解析展示了如何通过内核函数实现读取-复制-更新的机制，以及如何通过宽限期确保数据一致性，从而在保证性能的同时，提供了一种优雅的并发控制解决方案。

Linux 内核：RCU机制与使用

       在学习Linux源码时，遇到带有__rcu后缀的数据结构，引发对RCU机制的好奇。RCU（Read-Copy Update）是数据同步机制，主要用于优化链表遍历读取效率，避免锁竞争和内存延迟，适用于读多写少的场景，如文件系统中频繁查找定位目录而目录修改相对较少的情况。

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

       在Linux内核源码中，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。minica 源码

       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，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，modernui源码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内核5.8真的是一个“真正大”更新吗？

       Linux内核的里程碑：Linus Torvalds发布5.8版本，革新升级

       Linux之父Linus Torvalds最近带来了重量级的惊喜，发布了Linux内核5.8，这一版本被他形容为“真正大”的更新，让人回想起4.9的辉煌。他表示：“在最后时刻，我决定再等待一周，因为这个版本的改进不仅值得期待。”

       新内核的亮点纷呈，包括增强的驱动支持，比如对肾上腺素GPU芯片系列（如、和）的优化，以及Spectre漏洞的补丁和exFAT功能的升级。Radeon驱动获得了显著加强，同时，POWER芯片的改进也预示着未来的潜力，有望于明年发布。

       微小变化背后的大图景

       尽管看似众多小调整，但5.8版实则是巨变的累积。Torvalds透露，内核源代码的%都经历了修改，即使是看似细微的调整，也是整体发展大潮的一部分。他说：“5.8见证了众多的发展，每个改动都在为更强大的内核基石添砖加瓦。”

       尽管没有惊天动地的大事件，但RCU的修复工作值得注意，尤其是网络相关部分，Mellanox驱动和自我检查尤为突出。其他驱动程序的更新同样关键，这些小改动构成了整体性能提升的基石。

       总的来说，Linux内核5.8虽然表面平静，实则暗藏革新力量。这是一次精心打磨的升级，不仅提升了性能，还为用户带来了更为稳定和优化的体验。让我们期待这一版本在实际应用中的卓越表现。

一文带你深入解析Linux内核-RCU机制（超详细~）

       深入探索Linux内核的RCU机制，让我们解答一些关键疑问：

       问题1：虽然seqlock看似允许读线程和更新线程并行工作，但实际操作中需谨慎，以免引发并发问题。

       在这个内核技术的世界里，有一系列深度解析文章值得一看：

       掌握Intel CPU体系结构的声控 源码Linux内核分析

       理解Linux五大模块源码与整体架构设计的全面指南

       关于嵌入式前景的考量，需谨慎评估

       学习如何使用GDB+Qemu调试Linux内核的实用技巧

       不可错过的Linux内核必读书籍推荐

       详尽解析Linux内核Makefile系统文件的入门教程

       揭秘Linux内核架构与工作原理的深入解析

       理解内存屏障的底层实现，不容忽视

       详解虚拟内存、内存分页等内存管理的复杂细节

       关于RCU的订阅发布机制，关键点在于:

       当list_for_each_entry_rcu在运行时遇到list_add_rcu，要避免segfault，必须确保同步操作的正确执行。

       此外，群组福利不容错过：Linux内核技术交流群，群内有珍贵的学习资源和面试题，前名加入还有额外惊喜。

       继续学习路径：

       内核资料直达通道

       问题3：hlist_for_each_entry_rcu看似只需要一个指针，但传递两个指针的目的是为了确保更精确的版本管理。

       问题4和5涉及RCU的版本管理实践：如何支持多版本链表，以及在某一时刻可能存在的最大版本数。

       最后，理解rcu_read_lock与rcu_read_unlock之间的关系对延迟RCU读者的影响至关重要。

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。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、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实现简析

       RCU，即Read-Copy-Update，是一种并发控制技术，旨在解决并发读写时的读阻塞问题。其核心思想是当写线程进行操作时，不直接修改原数据，而是先复制数据，进行修改后，等待读线程的访问结束，再替换原数据，从而避免阻塞读线程。

       引入了Quiescent State和Quiescent Period的概念。Quiescent State表示线程没有访问数据的静止状态，Quiescent Period是等待时间窗口，确保在此窗口内没有线程访问旧数据，以便释放资源。

       在Linux内核中，RCU接口丰富多样，适用于不同场景和子系统，包括rcu_read_lock/unlock、call_rcu、synchronize_rcu等。其中，call_rcu用于写线程注册回调函数，等待Quiescent Period结束后执行，而synchronize_rcu则封装了call_rcu，同步等待Quiescent Period完成。

       Linux内核的RCU实现是作者Paul Mckenney完成和维护的，位于内核源代码的kernel/rcu目录下，详细文档在Documentation/RCU中。内核使用的是树形结构的RCU（tree-RCU），支持多核扩展。

       树形结构中，每个节点为rcu_node，每个CPU对应一个rcu_data，共同维护一个全局的rcu_state变量，记录整个系统RCU状态。RCU的生命周期包括注册Grace Period回调、开始Grace Period、CPU进入Quiescent State、Grace Period完成等阶段。

       在注册Grace Period回调时，回调函数被放入本CPU的rcu_data中。Grace Period开始时，内核线程rcu_gp_kthread被唤醒，执行一系列初始化操作，包括设置系统中所有CPU的Quiescent State。CPU进入Quiescent State后，内核线程rcu_cpu_kthread检查并上报Quiescent State，直到所有CPU都完成上报，表明系统整体进入Quiescent State，Grace Period完成。

       当Grace Period完成时，注册的回调函数执行。这发生在每个CPU的rcu_cpu_kthread中，其中内核线程rcu_gp_kthread仅更新了rcu_node的gp_seq，未直接触发回调执行。rcu_cpu_kthread在检查函数rcu_check_quiescent_state中确认Grace Period已完成，通过内部检查判断当前gp序列是否已完成，若已完成，则将所有callback移动到RCU_DONE_TAIL列表上，后续在rcu_do_batch函数中执行每个callback。

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。