RCU（Read-Copy Update）主要針對的數(shù)據(jù)對象是鏈表偶翅，目的是提高遍歷讀取數(shù)據(jù)的效率掸驱，使用RCU機制讀取數(shù)據(jù)的時候不對鏈表進(jìn)行耗時的加鎖操作邓夕。這樣在同一時間可以有多個線程同時讀取該鏈表，并且允許一個線程對鏈表進(jìn)行修改（修改的時候株茶，需要加鎖）恕洲。RCU適用于需要頻繁的讀取數(shù)據(jù)塔橡，而相應(yīng)修改數(shù)據(jù)并不多的情景梅割，例如在文件系統(tǒng)中，經(jīng)常需要查找定位目錄葛家，而對目錄的修改相對來說并不多户辞，這就是RCU發(fā)揮作用的最佳場景
特點：
1. 同時允許多讀，一寫線程? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?# 適用讀多寫少的場景癞谒。
實現(xiàn)原理：
1. 在寫操作底燎，copy一份鏈表數(shù)據(jù)更新
2. 等寬限期到，更新數(shù)據(jù)指針到新的鏈表數(shù)據(jù)
基本操作：
reader：
1.?rcu_read_lock? 標(biāo)識RCU read side臨界區(qū)的開始
2.?rcu_dereference 獲取數(shù)據(jù)指針
3. rcu_read_unlock 標(biāo)識RCU read side臨界區(qū)結(jié)束
writer：
1.? rcu_assign_pointer 更新數(shù)據(jù)指針? #?在witer完成新版本數(shù)據(jù)分配和更新之后
2.?synchronize_rcu 寬限期扯俱，等待原鏈表數(shù)據(jù)上的reader 線程完成后书蚪，進(jìn)行刪除舊鏈表
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原文鏈接：RCU機制
前言
? ? ? ?本來想繼續(xù)順著數(shù)據(jù)包的處理流程分析upcall調(diào)用的喇澡，但是發(fā)現(xiàn)在分析upcall調(diào)用時必須先了解linux中內(nèi)核和用戶空間通信接口Netlink機制迅栅，所以就一直耽擱了對upcall的分析。如果對openVswitch有些了解的話晴玖，你會發(fā)現(xiàn)其實openVswitch是在linux系統(tǒng)上運行的读存，因為openVswitch中有很多的機制，模塊等都是直接調(diào)用linux內(nèi)核的呕屎。比如：現(xiàn)在要分析的RCU鎖機制让簿、upcall調(diào)用、以及一些結(jié)構(gòu)體的定義都是直接從linux內(nèi)核中獲取的秀睛。所以如果你在查看源代碼的一些結(jié)構(gòu)（或者模塊尔当，機制性代碼）時，發(fā)現(xiàn)在openVswitch中沒有定義（我用的是Source Insight來查看和分析源碼蹂安，可以很好的查看是否定義過）椭迎，那么很可能就是openVswitch包含了linux頭文件引用了linux內(nèi)核的一些定義。
? ? ? ? RCU是linux的新型鎖機制（RCU是在linux 2.6內(nèi)核版本中開始正式使用的）田盈，本來一直糾結(jié)要不要用篇blog來說下這個鎖機制畜号。因為在openVswitch中有很多的地方用到了RCU鎖，我開始分析的時候都是用一種鎖機制一筆帶過（可以看下openVswitch（OVS）源代碼分析之?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里面有很多地方都用到了RCU鎖機制）允瞧。后來發(fā)現(xiàn)有很多地方還用到了該鎖機制的鏈表插入和刪除操作简软，而且后面分析的代碼中也有RCU的出現(xiàn)，所以就稍微的說下這個鎖機制的一些特性和操作述暂。
RCU運行原理 ? ? ? ?
? ? ? ? 我們先來回憶下讀寫鎖（rwlock）運行機制痹升，這樣可以分析RCU的時候可以對照著分析。讀寫鎖分為讀鎖（也稱共享鎖）畦韭，寫鎖（也稱排他鎖疼蛾，或者獨占鎖）。分情況來分析下讀寫鎖：
? ? ? ? 第一廊驼、要操作的數(shù)據(jù)區(qū)被上了讀鎖据过；1惋砂、若請求是讀數(shù)據(jù)時，上讀鎖绳锅，多個讀鎖不排斥（即西饵，在訪問數(shù)據(jù)的讀者上線未達(dá)到時，可以對該數(shù)據(jù)區(qū)再上讀鎖）鳞芙；2眷柔、若請求是寫數(shù)據(jù)，則不能馬上上寫鎖原朝，而是要等到數(shù)據(jù)區(qū)的所有鎖（包括讀鎖和寫鎖）都釋放掉后才能開始上寫訪問驯嘱。
? ? ? ? 第二、要操作的數(shù)據(jù)區(qū)上了寫鎖喳坠；則不管是什么請求都必須等待數(shù)據(jù)區(qū)的寫鎖釋放掉后才能上鎖訪問鞠评。
? ? ? ? 同理來分析下RCU鎖機制： RCU是read copy udate的縮寫，按照單詞意思就知道這是一種針對數(shù)據(jù)的讀壕鹉、復(fù)制剃幌、修改的保護(hù)鎖機制。鎖機制原理：
? ? ? ? 第一晾浴、寫數(shù)據(jù)的時候负乡，不需要像讀寫鎖那樣等待所有鎖的釋放。而是會拷貝一份數(shù)據(jù)區(qū)的副本脊凰，然后在副本中修改抖棘，等待修改完后。用這個副本替換原來的數(shù)據(jù)區(qū)狸涌，替換的時候就要像讀寫鎖中上寫鎖那樣切省，等到原數(shù)據(jù)區(qū)上所有訪問者都退出后，才進(jìn)行數(shù)據(jù)的替換杈抢；根據(jù)這種特性可以推斷出数尿，用RCU鎖可以有多個寫者，拷貝了多份數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)惶楼，修改后各個寫著陸續(xù)的替換掉原數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)容右蹦。
? ? ? ? 第二、讀數(shù)據(jù)的時候歼捐，不需要上任何鎖何陆，也幾乎不需要什么等待（讀寫鎖中如果數(shù)據(jù)區(qū)有寫鎖則要等待）就可以直接訪問數(shù)據(jù)。為什么說幾乎不需要等待呢豹储？因為寫數(shù)據(jù)中替換原數(shù)據(jù)時贷盲，只要修改個指針就可以，消耗的時間可以說幾乎不算，所以說讀數(shù)據(jù)不需要其他額外開銷巩剖。
? ? ? ? 總結(jié)下RCU鎖機制特性铝穷，允許多個讀者和多個寫者同時訪問共享數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容。而且這種鎖對多讀少寫的數(shù)據(jù)來說是非常高效的佳魔，可以讓CPU減少些額外的開銷曙聂。如果寫得操作多了的話，這種機制就沒讀寫鎖那么好了鞠鲜。因為RCU寫數(shù)據(jù)開銷還是很大的宁脊，要拷貝數(shù)據(jù)，然后還要修改贤姆，最后還要等待替換榆苞。其實這個機制就好比我們在一臺共享服務(wù)器上放了個文件，有很多個人一起使用霞捡。如果你只是看看這個文件內(nèi)容坐漏，那么直接在服務(wù)器上cat查看就可以。但如果你要修改該文件弄砍，那么你不能直接在服務(wù)器上修改仙畦，因為你這樣操作會影響到將要看這個文件或者寫這個文件的人输涕。所以你只能先拷貝到自己本機上修改音婶，當(dāng)最后確認(rèn)保證正確時，然后就替換掉服務(wù)器上的原數(shù)據(jù)莱坎。
RCU寫者工作圖示 ? ?
? ? ? 下面看下RUC機制下修改數(shù)據(jù)（以鏈表為例）
? ? ? ? 根據(jù)上面的圖會發(fā)現(xiàn)其實替換的時候只要修改下指針就可以衣式，原數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)容在被替換后，默認(rèn)會被垃圾回收機制回收掉檐什。
linux內(nèi)核RCU機制API
? ? ? ? 了解了RCU的這些機制原理碴卧，下面來看下linux內(nèi)核中常使用的一些和RCU鎖有關(guān)的操作。注意乃正，本blog并不會過多的去深究RCU最底層的實現(xiàn)機制住册，因為分享RCU工作機制的目的只是為了更好的了解openVswitch中使用到的那部分代碼的理解，而不是為了分析linux內(nèi)核源代碼瓮具，不要本末倒置荧飞。如果遇到個知識點就拼命的深挖，那么你看一份源代碼估計得幾個月名党。
? ? ? ??rcu_read_lock()叹阔；看到這里有人可能會覺得和上面有矛盾，不是說好的讀者不需要鎖嗎传睹？其實這不是和上讀寫鎖的那種上鎖耳幢，這僅僅只是標(biāo)識了臨界區(qū)的開始位置。表明在臨界區(qū)內(nèi)不能阻塞和休眠欧啤，也不能讓寫者進(jìn)行數(shù)據(jù)的替換（其實這功能遠(yuǎn)不止這些）睛藻。rcu _read_unlock()則是和上面rcu_read_lock()對應(yīng)的启上，用來界定一個臨界區(qū)（就是要用鎖保護(hù)起來的數(shù)據(jù)區(qū)）。
? ? ? ??synchronize_rcu()店印；當(dāng)該函數(shù)被一個CPU調(diào)用時（一般是有寫者替換數(shù)據(jù)時調(diào)用）碧绞，而其他的CPU都在RCU保護(hù)的臨界區(qū)讀數(shù)據(jù)，那么synchronize_rcu（）將會保證阻塞寫者吱窝，直到所有其它讀數(shù)據(jù)的CPU都退出臨界區(qū)時讥邻，才中止阻塞，讓寫著開始替換數(shù)據(jù)院峡。該函數(shù)作用就是保證在替換數(shù)據(jù)前兴使，所有讀數(shù)據(jù)的CPU能夠安全的退出臨界區(qū)。同樣照激，還有個call_rcu()函數(shù)功能也是類似的发魄。如果call_rcu（）被一個CPU調(diào)用，而其他的CPU都在RCU保護(hù)的臨界區(qū)內(nèi)讀數(shù)據(jù)俩垃，相應(yīng)的RCU回調(diào)的調(diào)用將被推遲到其他讀臨界區(qū)數(shù)據(jù)的CPU全部安全退出后才執(zhí)行（可以看linux內(nèi)核源文件的注釋励幼，在Rcupdate.h文件中rcu_read_look()函數(shù)前面的注釋）。?
? ? ? ??rcu_dereference()口柳；?獲取在一個RCU保護(hù)的指針苹粟，指向RCU讀端臨界區(qū)。他的指針以后可能會被安全地解除引用跃闹。說到底就是一個RCU保護(hù)指針嵌削。
? ? ? ??list_add_rcu()；往RCU保護(hù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中添加一個數(shù)據(jù)節(jié)點進(jìn)去望艺。這個和一般的往鏈表中增加一個節(jié)點操作是類似的苛秕，唯一不同的是多了這條代碼：rcu_assign_pointer(prev->next, new);?代碼大概含義：分配指向一個新初始化的結(jié)構(gòu)指針，將由RCU讀端臨界區(qū)被解除引用找默，返回指定的值艇劫。（說實話我也不太懂這個注釋是什么意思）大概的解釋下：就是讓插入點的前一個節(jié)點的next指向新增加的new節(jié)點，為什么要單獨用一條這個語句來實現(xiàn)惩激，而不是用 prev->next = new店煞；直接實現(xiàn)呢？這是因為prev->next本來是指向其他值得咧欣，有可能有CPU通過prev->next去訪問其他RCU保護(hù)的數(shù)據(jù)了浅缸，所以如果你要插入一個RCU保護(hù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中必要要調(diào)用這個語句，它里面會幫你處理好一些細(xì)節(jié)（比如有其他CPU使用后面的數(shù)據(jù)魄咕，直接使用prev->next可能會使讀數(shù)據(jù)的CPU斷開衩椒，產(chǎn)生問題），并且讓剛加入的新節(jié)點也受到RCU的保護(hù)。這類的插入有很多毛萌，比如從頭部插入苟弛，從尾 部插入等，實現(xiàn)都差不多阁将，這里不一一細(xì)講膏秫。
? ? ? ???list_for_each_entry_rcu()；這是個遍歷RCU鏈表的操作做盅，和一般的鏈表遍歷差不多缤削。不同點就是必須要進(jìn)入RCU保護(hù)的CPU（即：調(diào)用了rcu_read_lock()函數(shù)的CPU）才能調(diào)用這個操作，可以和其他CPU共同遍歷這個RCU鏈表吹榴。以此相同的還有其他變相的遍歷及哈希鏈表的遍歷亭敢，不細(xì)講。
? ? ? ? 如果在openVswitch源代碼分析中發(fā)現(xiàn)了有關(guān)RCU的分析和這里的矛盾图筹，可以以這里為準(zhǔn)帅刀，當(dāng)然我也會校對下
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