linux RCU技术

RCU(Read-Copy-Update)是Linux内核中的一种同步机制,用于在多核处理器环境中实现无锁读取和延迟更新。Linux RCU(Read-Copy-Update)技术通过一种高效的同步机制来处理并发冲突,确保在多核环境中读者和写者对共享数据的访问能够安全、高效地进行。

RCU的核心思想是通过无锁读取延迟更新来避免并发冲突:

  • 无锁读取:读者(读取线程)可以无锁访问共享数据,避免了读者之间的锁竞争。
  • 延迟更新:写者(更新线程)通过创建共享数据的副本进行修改,并在所有读者完成读取后,才将新数据替换旧数据。

RCU如何处理并发冲突

RCU通过以下机制处理并发冲突:

宽限期(Grace Period)
  • 写者在更新共享数据时,需要等待一个宽限期。宽限期是指所有读者都完成对旧数据的访问的时间段。
  • 在宽限期内,写者会阻塞,直到确认没有读者正在访问旧数据。
  • 宽限期结束后,写者才会更新共享数据的指针,指向新数据,并释放旧数据。
  • 写者在完成数据更新后,通过发布-订阅机制将新数据指针替换旧数据指针。
  • synchronize_rcu()函数是关键,它确保在更新数据后,所有的读者都已经看到了新数据或者已经完成了对旧数据的访问。
  • 这意味着在synchronize_rcu()返回后,旧数据不再被任何读者访问,可以安全地释放
  • 这一机制通过内存屏障(Memory Barrier)确保指针更新的原子性,防止读者读取到不完整或未初始化的数据310。
  • 在RCU中,写者不会立即删除旧数据,而是等待所有读者完成读取后,才通过垃圾回收机制释放旧数据。
  • 这种机制确保了读者在读取过程中始终访问到有效的数据,即使数据正在被更新39。
  • 读者在访问数据时,不需要加锁,可以并发进行读取操作。
  • 写者在更新数据时,会先复制一份旧数据,然后在副本上进行修改。写者不会直接修改共享数据,而是等待所有读者完成读取后,才替换旧数据36。
  • 读者多而写者少的场景:例如内核数据结构、网络协议栈等。
  • 需要高效并发读取的场景:RCU的无锁读取特性能够显著提升读取性能。
  • 对低延迟要求较高的场景:由于读取操作无需加锁,RCU能够提供极低的读取延迟45。

RCU的优势与局限性

  • 无锁读取:读者无需加锁即可访问数据,避免了锁竞争。
  • 延迟更新:写者不会阻塞读者,提高了并发性能。
  • 高扩展性:在多核处理器环境中表现出色,能够有效利用多核性能。
  • 内存开销:写者需要维护旧数据的副本,增加了内存使用。
  • 延迟更新开销:写者需要等待宽限期,可能导致一定的延迟。

RCU读者和写者代码实现举例

#include <linux/module.h>

#include <linux/kernel.h>

#include <linux/rcupdate.h>

#include <linux/slab.h>

struct mydata {

int value;

struct rcu_head rcu_head;

};

static struct mydata *gbldata = NULL;

// 写者函数:更新共享数据

void writer(int new_value) {

struct mydata *new_data;

// 分配新的数据结构

new_data = kmalloc(sizeof(struct mydata), GFP_KERNEL);

if (!new_data) {

printk(KERN_ERR "Failed to allocate memory\n");

return;

}

// 初始化新数据

new_data->value = new_value;

// 更新全局指针,使用rcu_assign_pointer确保原子性

rcu_assign_pointer(gbldata, new_data);

// 等待宽限期,确保所有读者都已经看到了新数据

synchronize_rcu();

// 宽限期结束后,可以安全地释放旧数据

if (new_data != gbldata) {

kfree_rcu(gbldata, rcu_head);

}

}

// 模块初始化函数

static int __init myrcu_init(void) {

printk(KERN_INFO "RCU example module init\n");

writer(10); // 初始写入

return 0;

}

// 模块清理函数

static void __exit myrcu_exit(void) {

printk(KERN_INFO "RCU example module exit\n");

writer(NULL); // 清理时写入NULL

}

module_init(myrcu_init);

module_exit(myrcu_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_AUTHOR("Your Name");

MODULE_DESCRIPTION("A simple RCU example");

相关推荐
神秘人X70726 分钟前
Linux高效备份:rsync + inotify实时同步
linux·服务器·rsync
轻松Ai享生活32 分钟前
一步步学习Linux initrd/initramfs
linux
轻松Ai享生活36 分钟前
一步步深入学习Linux Process Scheduling
linux
绵绵细雨中的乡音2 小时前
网络基础知识
linux·网络
Peter·Pan爱编程3 小时前
Docker在Linux中安装与使用教程
linux·docker·eureka
kunge20133 小时前
Ubuntu22.04 安装virtualbox7.1
linux·virtualbox
清溪5493 小时前
DVWA中级
linux
Sadsvit4 小时前
源码编译安装LAMP架构并部署WordPress(CentOS 7)
linux·运维·服务器·架构·centos
xiaok4 小时前
为什么 lsof 显示多个 nginx 都在 “使用 443”?
linux
苦学编程的谢5 小时前
Linux
linux·运维·服务器