深入理解 Linux 内核中的 RCU 机制( 二 ) _RCU

现在回到读端临界区的问题上来。多个读端临界区不互斥，即多个读者可同时处于读端临界区中，但一块内存数据一旦能够在读端临界区内被获取到指针引用，这块内存块数据的释放必须等到读端临界区结束，等待读端临界区结束的 Linux kernel API 是synchronize_rcu() 。读端临界区的检查是全局的，系统中有任何的代码处于读端临界区，synchronize_rcu() 都会阻塞，知道所有读端临界区结束才会返回。为了直观理解这个问题，举以下的代码实例：
/* `p` 指向一块受 RCU 保护的共享数据 *//* reader */rcu_read_lock();p1 = rcu_dereference(p);if (p1 != NULL) {printk("%dn", p1->field);}rcu_read_unlock();/* free the memory */p2 = p;if (p2 != NULL) {p = NULL;synchronize_rcu();kfree(p2);}用以下图示来表示多个读者与内存释放线程的时序关系：

文章插图

上图中，每个读者的方块表示获得 p 的引用（第5行代码）到读端临界区结束的时间周期；t1 表示 p = NULL 的时间；t2 表示 synchronize_rcu() 调用开始的时间；t3 表示 synchronize_rcu() 返回的时间。我们先看 Reader1,2,3，虽然这 3 个读者的结束时间不一样，但都在 t1 前获得了 p 地址的引用。t2 时调用 synchronize_rcu()，这时 Reader1 的读端临界区已结束，但 Reader2,3 还处于读端临界区，因此必须等到 Reader2,3 的读端临界区都结束，也就是 t3，t3 之后，就可以执行 kfree(p2) 释放内存。synchronize_rcu() 阻塞的这一段时间，有个名字，叫做 Grace period 。而 Reader4,5,6，无论与 Grace period 的时间关系如何，由于获取引用的时间在 t1 之后，都无法获得 p 指针的引用，因此不会进入 p1 != NULL 的分支。
删除链表项知道了前边说的 Grace period，理解链表项的删除就很容易了。常见的代码模式是：

p = seach_the_entry_to_delete();list_del_rcu(p->list);synchronize_rcu();kfree(p);其中 list_del_rcu() 的源码如下，把某一项移出链表：/* list.h */static inline void __list_del(struct list_head * prev, struct list_head * next){next->prev = prev;prev->next = next;}/* rculist.h */static inline void list_del_rcu(struct list_head *entry){__list_del(entry->prev, entry->next);entry->prev = LIST_POISON2;}

根据上一节“访问链表项”的实例，假如一个读者能够从链表中获得我们正打算删除的链表项，则肯定在 synchronize_rcu() 之前进入了读端临界区，synchronize_rcu() 就会保证读端临界区结束时才会真正释放链表项的内存，而不会释放读者正在访问的链表项。
更新链表项前文提到，RCU 的更新机制是 “Copy Update”，RCU 链表项的更新也是这种机制，典型代码模式是：

p = search_the_entry_to_update();q = kmalloc(sizeof(*p), GFP_KERNEL);*q = *p;q->field = new_value;list_replace_rcu(&p->list, &q->list);synchronize_rcu();kfree(p);

其中第 3,4 行就是复制一份副本，并在副本上完成更新，然后调用 list_replace_rcu() 用新节点替换掉旧节点。源码如下：
其中第 3,4 行就是复制一份副本，并在副本上完成更新，然后调用 list_replace_rcu() 用新节点替换掉旧节点，最后释放旧节点内存。list_replace_rcu() 源码如下：

static inline void list_replace_rcu(struct list_head *old,struct list_head *new){new->next = old->next;new->prev = old->prev;rcu_assign_pointer(list_next_rcu(new->prev), new);new->next->prev = new;old->prev = LIST_POISON2;}