Linux内核中的可睡眠RCU实现

"Sleepable Read-Copy Update 是一种在操作系统中用于同步的API，它有时会替代读写锁。RCU（Read-Copy Update）在读取侧的原语提供了非常低的开销和确定性的执行时间。这种特性意味着RCU更新者不会阻塞RCU读者，但代价是更新者必须保留数据结构的老版本，以适应已经存在的读者。此外，这些老版本必须在所有已存在的读者完成之后进行回收。Linux内核提供了多种RCU实现，其中最早的一种被称为‘经典RCU’。然而，经典RCU要求读取侧临界区遵守与纯自旋锁相同的规则，即严格禁止任何阻塞或睡眠操作，这经常成为使用RCU的一个障碍。因此，有大量请求希望有一种‘可睡眠RCU’（Sleepable RCU，SRCU），允许在RCU读取侧临界区内部进行任意的睡眠或阻塞操作。" 在操作系统设计中，同步是非常关键的一环，特别是在多线程和多处理器环境下。Read-Copy Update（RCU）是一种优化的同步机制，它主要用于处理读多写少的情况。RCU的优势在于其对读者的无侵入性：读者可以无限制地并发执行，而不需要任何锁定，从而极大地提高了系统性能。这是因为RCU使用了读端优化的技术，允许多个读取操作同时进行，而写入操作则需要等待所有当前读取操作完成后再进行更新。 然而，这种机制的代价是，更新操作（写者）不能立即删除旧的数据结构，因为可能存在仍在访问旧版本的读者。为了确保数据一致性，RCU通常采用延迟回收策略，即等到所有可能引用旧数据结构的读者都完成它们的操作后，才进行旧版本的清理工作。这种方式增加了内存占用，但降低了锁的使用，提高了系统并发性。 经典RCU的设计要求读取操作必须是不可睡眠的，这意味着读取操作不能执行可能会导致阻塞的操作，如系统调用或I/O操作。这样的限制在某些场景下可能会阻碍RCU的使用，因为有些任务可能需要在读取期间进行睡眠。 为了解决这个问题，提出了Sleepable RCU（SRCU）。SRCU扩展了RCU的使用范围，允许读取操作在必要时进入睡眠状态，而不会影响到系统的整体同步。这种方法使得RCU在更广泛的场景下变得可用，特别是在需要长时间读取和可能需要等待的场景中。 RCU和SRCU都是为了提高多线程环境中的性能和并发性而设计的同步工具。它们通过巧妙的机制平衡了读写操作的效率和一致性，是现代操作系统和库中重要的同步原语。