对linux rcu机制的深入理解

对linuxrcu机制的理解RCU(Read-copyupdate)锁机制是kernel2.6的重大进步，使用rcu可以获得比使用rwlock更高的性能，而且代码简单，不易死锁。Linux文档如下描述：SothetypicalRCUupdatesequencegoessomethinglikethefollowing:Removepointerstoadatastructure,sothatsubsequentreaderscannotgainareferencetoit.WaitforallpreviousreaderstocompletetheirRCUread-sidecriticalsections.Atthispoint,therecannotbeanyreaderswhoholdreferencestothedatastructure,soitnowmaysafelybereclaimed(e.g.,kfree()d).如上所述，RCU原理其实很简单，现在假设你自己要实现一个基于rcu原理的模型。假定cpu处理报文的过程是原子的，这样可以认为处理完一个报文就经过了一个quiescentstate,RCU引用的过时数据就可以释放了。接收报文开始进入一个新的周期，当发送报文后，标记一个周期的结束。假设有8个cpu，轮流处理报文，而报文处理依赖的信息存储在共享内存中。那末，现在的问题是：请用rcu机制实现共享内存的释放。假设所有的cpu处理一个报文结束，就代表一个graceperiod(因为只有处理报文时才会使用共享内存)，即每个cpu都经过了一个quiscentstate.那么现在就有三个问题：1.如何确定所有的cpu都经过了一个quiscentstate?2．在rcu处理时，如何保证别的cpu不对要释放的数据操作？3.在rcu处理后，如何开启和判断下一个rcu周期？带着这三个问题，我们可以看一下linux是如何实现rcu机制的。以下的分析是基于linux-2.6.27代码：Rcu有两个重要的数据结构:/*Globalcontrolvariablesforrcupdatecallbackmechanism・*/structrcu_ctrlblk{TOC\o"1-5"\h\zlongcur;/*Currentbatchnumber.*/longcompleted;/*Numberofthelastcompletedbatch*/intnext_pending;/*Isthenextbatchalreadywaiting?*/intsignaled;spinlock_tlockcacheline_intemodealigned_in_smp;cpumask_tcpumask;严CPUsthatneedtoswitchinorder*//*forcurrentbatchtoproceed・*/}cacheline」nternodealigned」n_smp;上述结构是rcu全局控制结构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;｝；上述结构是每个cpu用的rcu数据结构。DECLARE_PER_CPU(structrcu_data,rcu_data);staticstructrcu_ctrlblkrcu_ctrlblk=｛