【原】linux内核RCU锁
rcu_read_lock() 是 Linux 内核 RCU（Read-Copy-Update）机制中标记读临界区开始的核心函数，其实现原理围绕 “轻量级标记活跃读者” 展开，确保写者能安全等待所有读者离开临界区后再释放旧数据。
rcu_read_lock() 的实现原理：
rcu_read_lock() 的具体实现依赖于内核配置（如是否支持抢占）和 CPU 架构，但核心逻辑一致，可概括为：
1. 维护 per-CPU 的读计数器
内核为每个 CPU 维护一个 rcu_read_count 计数器（per-CPU 变量），用于记录当前 CPU 上活跃的 RCU 读临界区数量：
- 调用
rcu_read_lock()时，计数器 递增（表示进入一个新的读临界区）。 - 调用
rcu_read_unlock()时，计数器 递减（表示退出读临界区）。
写者在等待 “宽限期（Grace Period）” 时，会检查所有 CPU 的 rcu_read_count：若所有计数器均为 0，说明已无活跃读者，可安全释放旧数据。
2. 禁止抢占（可选，取决于配置）
在支持抢占的内核中（CONFIG_PREEMPT=y），rcu_read_lock() 会额外禁止当前进程被抢占：
- 原因：若读者在临界区中被抢占（调度到其他 CPU），原 CPU 的
rcu_read_count仍为非零，可能导致写者误判 “该 CPU 仍有读者”，延长宽限期。 - 实现：通过
preempt_disable()禁止抢占，rcu_read_unlock()时通过preempt_enable()恢复。
3. 架构相关优化
不同 CPU 架构会对计数器操作进行优化，例如：
- x86 架构：利用
this_cpu_inc宏直接操作 per-CPU 变量（通过段寄存器快速访问），避免原子指令。 - ARM 架构：通过本地 CPU 寄存器或专用指令优化计数器更新，确保低延迟。
1. 角色与阶段划分
- Reader（读者）：图中多个蓝色的 “Reader” 块代表并发的读操作。RCU 的核心优势是读操作无需加锁，可以自由地访问共享数据，这些读操作的时间跨度可能各不相同。
- Removal（移除阶段）：红色块代表写者的 “移除” 动作 —— 写者需要更新共享数据时，不会直接修改原数据，而是先复制一份数据副本，在副本上完成修改后，原子性地替换原指针（此时旧数据仍可能被未完成的读者访问）。
- Grace Period（宽限期）：黄色块是 RCU 的 “宽限期”，它的持续时间由最晚完成的读者决定（图中箭头标注 “Grace period extends as needed”，即宽限期会根据读者的结束时间动态延长）。在宽限期内，写者会等待所有访问旧数据的读者都退出读临界区。
- Reclamation（回收阶段）：绿色块代表 “回收” 动作 —— 宽限期结束后，旧数据不再被任何读者访问，写者可以安全地释放旧数据的内存。
2. RCU 的核心逻辑（结合图的流程）
- 读操作（Reader）：读者通过
rcu_read_lock()和rcu_read_unlock()标记读临界区，期间可无锁访问共享数据。这些读操作可以和写操作完全并行，互不阻塞。 - 写操作（Removal + Reclamation）：
- 写者先 “复制” 数据并修改副本，再 “更新” 指针指向新副本（这一步是原子的）。
- 随后进入 “宽限期”，等待所有访问旧数据的读者都完成读操作（即所有 “Reader” 块都退出）。
- 宽限期结束后，写者 “回收” 旧数据的内存，整个更新流程完成。
3. 核心优势
- 读操作极致高效：读操作无需加锁、无原子指令开销，在 “读多写少” 场景下性能远超传统锁（如互斥锁、自旋锁）。
- 读写完全并行：读操作不会被写操作阻塞，写操作也不会阻塞读操作（仅延迟回收旧数据）。
- 适用场景明确：特别适合内核中频繁读取、偶尔更新的共享数据（如路由表、进程链表、设备列表等）。
这张图清晰地体现了 RCU“读无锁、写延迟回收” 的设计哲学，是理解 RCU 机制的经典可视化参考。