linux内核源码分析之内存屏障和RCU机制
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二、RCU（Read-Copy-Update）
一、优化内存屏障
1，编译器优化：为提高系统性能，编译器在不影响逻辑的情况下回调整指令的执行顺序
2，CPU优化：为提高流水线性能，CPU的乱序可能会让后面的寄存器冲突的指令由于前面完成
3，内存屏障：内存屏障是一种保证内存以正确的顺序访问
- 编译器编译代码可能会重排汇编指令，有时候优化结果不符合软件开发者意图
- 新式处理器采用超标量系统结构和乱序执行技术，能够在一个周期内并行执行多条指令顺序取指令，乱序执行，顺序提交执行结果
- 多处理器系统当中，硬件工程师使用存储缓冲区，缓存一致性实现高校性能，引入处理器之间的内存访问乱序问题。
解决方法
1）GCC编译器定义的宏
#define barrier() __asm__ __volatile__("": : :"memory")
#define preempt_enable() \do { \barrier(); \if (unlikely(preempt_count_dec_and_test())) \__preempt_schedule(); \} while (0)2）处理器内存屏障
处理器内存屏障解决CPU之间的内存访问乱序问题 和 处理器访问外设的乱序问题
| 内存屏障类型 | 强制性内存屏障 | SMP内存屏障 |
| 通用内存屏障 | mb() | smp_mb() |
| 写内存屏障 | wmb() | smp_wmb() |
| 读内存屏障 | rmb() | smp_rmb() |
| 数据依赖屏障 | read_barrier_depends() | smp_barrier_depends() |
除了数据依赖屏障之外，所有处理器内存屏障隐含编译器优化屏障
二、RCU（Read-Copy-Update）"读-拷贝-更新"重要同步机制。
Linux内核已有原子操作，读写信号量等锁机制，为啥还有RCU呢？
1、RCU机制
RCU记录所有指向共享数据的指针的使用者，当要修改共享数据时，首先创建一个副本，在副本中修改。所有读访问线程都离开读临界区后，指针指向新的修改后副本的指针，并且删除旧数据。
使用场景：
- RCU经常用于读者性能要求比较高的场景，对写者的性能没有要求
- RCU只能保护动态分配的数据结构
- 必须是通过指针访问此数据结构
- 受RCU保护的临界区内不能sleep
缺点：
- 写者同步开销大，写者之间需要互斥操作，应用比较复杂
2、链表操作
RCU能保护的不仅是一般的指针。linux内核提供标准函数，使得通过RCU机制保护双链表，这是RCU机制在linux内核内部最重要的应用。只有在遍历、修改、删除链表元素是，必须调用标准函数的RCU变体。
rcu链表实现
//add a new entry to rcu-protected list//插入static inline void list_add_rcu(struct list_head *new, struct list_head *head){__list_add_rcu(new, head, head->next);}static inline void __list_add_rcu(struct list_head *new,struct list_head *prev, struct list_head *next){if (!__list_add_valid(new, prev, next))return;new->next = next;new->prev = prev;rcu_assign_pointer(list_next_rcu(prev), new);next->prev = new;}#define rcu_assign_pointer(p, v) \do { \uintptr_t _r_a_p__v = (uintptr_t)(v); \rcu_check_sparse(p, __rcu); \ \if (__builtin_constant_p(v) && (_r_a_p__v) == (uintptr_t)NULL) \WRITE_ONCE((p), (typeof(p))(_r_a_p__v)); \else \smp_store_release(&p, RCU_INITIALIZER((typeof(p))_r_a_p__v)); \} while (0)#define smp_store_release(p, v)\do {\compiletime_assert_atomic_type(*p);\barrier();\WRITE_ONCE(*p, v);\} while (0)3，访问列表实例：
static void __maybe_unused update_runtime_enabled(struct rq *rq){struct task_group *tg;lockdep_assert_held(&rq->lock);rcu_read_lock();list_for_each_entry_rcu(tg, &task_groups, list) {struct cfs_bandwidth *cfs_b = &tg->cfs_bandwidth;struct cfs_rq *cfs_rq = tg->cfs_rq[cpu_of(rq)];raw_spin_lock(&cfs_b->lock);cfs_rq->runtime_enabled = cfs_b->quota != RUNTIME_INF;raw_spin_unlock(&cfs_b->lock);}rcu_read_unlock();}（内核免费课程链接：https://ke.qq.com/course/4032547?flowToken=1042391）