PREEMPT_RT 技术实现：RCU
RCU (Read-Copy Update, 读 - 复制 - 更新)是 Linux 内核中一种专为读多写少场景优化的高性能同步机制。它的核心优势是：读操作完全无锁、零开销，写操作通过延迟回收保证安全，极大提升多核并发效率。
一、核心原理
RCU 将更新操作拆分为移除（替换）和回收（释放）两个阶段，并引入宽限期（Grace Period）确保安全。
读端（Reader）
- 无锁访问：读者通过
rcu_read_lock()和rcu_read_unlock()标记临界区，无需获取锁，直接访问数据。 - 可见性：读者要么看到旧版本，要么看到新版本，永远不会读到中间状态。
写端（Writer）
- Copy（复制）：不直接修改原数据，而是创建一份副本并修改。
- Modify（修改）：在副本上完成所有更新。
- Assign（替换）：用原子操作（
rcu_assign_pointer）将全局指针指向新副本。此后，新读者只能看到新数据。 - Wait（等待）：进入宽限期，等待所有正在访问旧数据的读者完成读取。
- Reclaim（回收）：宽限期结束后，安全释放旧数据。
关键概念：宽限期 (Grace Period)
- 定义：从指针替换完成，到所有 CPU 都退出读临界区的时间窗口。
- 作用：确保旧数据在没有任何读者引用时才被释放，避免悬空指针（Use-After-Free）。
- 静默状态（Quiescent State）：内核将上下文切换、进入用户态、空闲循环，视为 CPU 已退出读临界区的标志。
二、适配PREEMPT_RT的 RCU 配置
在主线 Linux 内核中，RCU 的大量处理工作运行在软中断上下文，此过程抢占是关闭的，会造成显著延迟、损害实时性。这篇文章总结了一些相关的优化设置:RCU Configuration for Real-Time Systems, 简单总结一下就是以下的一些设定：
- RCU 回调卸载（RCU Callback Offloading）
- RCU 优先级提升（RCU Priority Boosting）
- RCU 加速宽限期（Expedited RCU Grace Periods）
- 可抢占 RCU（Preemptible RCU）
三、 可抢占 RCU（Preemptible RCU）
对于RCU的一些优化操作，我想着重介绍一下Preemptible RCU的实现机制。
#ifdef CONFIG_PREEMPT_RCU static void rcu_preempt_read_enter(void) { WRITE_ONCE(current->rcu_read_lock_nesting, READ_ONCE(current->rcu_read_lock_nesting) + 1); } /* * Preemptible RCU implementation for rcu_read_lock(). * Just increment ->rcu_read_lock_nesting, shared state will be updated * if we block. */ void __rcu_read_lock(void) { rcu_preempt_read_enter(); if (IS_ENABLED(CONFIG_PROVE_LOCKING)) WARN_ON_ONCE(rcu_preempt_depth() > RCU_NEST_PMAX); if (IS_ENABLED(CONFIG_RCU_STRICT_GRACE_PERIOD) && rcu_state.gp_kthread) WRITE_ONCE(current->rcu_read_unlock_special.b.need_qs, true); barrier(); /* critical section after entry code. */ } #else /* #ifdef CONFIG_PREEMPT_RCU */ static inline void __rcu_read_lock(void) { preempt_disable(); } #endif通过上述代码对__rcu_read_lock的实现不难看出区别：
- Preemptible RCU对比普通RCU， 将
preempt_disable替换成current->rcu_read_lock_nesting的嵌套层级计数。 - 普通RCU判断宽限期结束通过判断当前是否处于禁止抢占的状态，而PREEMPT_RCU则通过判断嵌套层级来确认是否可以回收旧数据。通过标记临界区方法的改变，使
rcu_read_lock期间无须禁用抢占。