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RCU（1）- 概述

作者：沙漠之狐 发布于：2019-5-24 19:30 分类：内核同步机制

作者简介：余华兵，在网络通信行业工作十多年，负责IPv4协议栈、IPv6协议栈和Linux内核。在工作中看着2.6版本的专业书籍维护3.x和4.x版本的Linux内核，感觉不方便，于是自己分析4.x版本的Linux内核整理出一本书，书名叫《Linux内核深度解析》，2019年5月出版，希望对同行有帮助。

RCU（Read-Copy Update）的意思是读-复制更新，它是根据原理命名的。写者修改对象的过程是：首先复制生成一个副本，然后更新这个副本，最后使用新的对象替换旧的对象。在写者执行复制更新的时候读者可以读数据。

写者删除对象，必须等到所有访问被删除对象的读者访问结束，才能执行销毁操作。RCU的关键技术是怎么判断所有读者已经完成访问。等待所有读者访问结束的时间称为宽限期（grace period）。

RCU的优点是读者没有任何同步开销：不需要获取任何锁，不需要执行原子指令，（在除了阿尔法以外的处理器上）不需要执行内存屏障。但是写者的同步开销比较大，写者需要延迟对象的释放，复制被修改的对象，写者之间必须使用锁互斥。

RCU的第一个版本称为经典RCU，在内核版本2.5.43中引入，目前内核支持3种RCU。

（1）不可抢占RCU（RCU-sched）。不允许进程在读端临界区被其他进程抢占。最初的经典RCU是不可抢占RCU，后来引入了可抢占RCU，所以内核版本2.6.12为不可抢占RCU设计了一套专用编程接口。

（2）加速版不可抢占RCU（RCU-bh，bh是“bottom half”的缩写，下半部），在内核版本2.6.9中引入，是针对不可抢占RCU的改进，在软中断很多的情况下可以缩短宽限期。

内核的网络栈在软中断里面处理报文，如果攻击者疯狂地发送报文攻击设备，导致被攻击设备的处理器大部分时间执行软中断，宽限期会变得很长，大量延后执行的销毁操作没有被执行，可能导致内存耗尽。

为了应对这种分布式拒绝服务攻击，RCU-bh把执行完软中断看作处理器退出读端临界区的标志，缩短宽限期。

（3）可抢占RCU（RCU-preempt），也称为实时RCU，在内核版本2.6.26中引入。可抢占RCU允许进程在读端临界区被其他进程抢占。编译内核时需要开启配置宏CONFIG_ PREEMPT_RCU。

RCU根据数据结构可以分为以下两种。

（1）树型RCU（tree RCU）：也称为基于树的分层RCU（Tree-based hierarchical RCU），为拥有几百个或几千个处理器的大型系统设计。配置宏是CONFIG_TREE_RCU。

（2）微型RCU（tiny RCU）：为不需要实时响应的单处理器系统设计。配置宏是CONFIG_ TINY_RCU。

标签: 无锁编程