第一百七十八章：宽限期

大乘期

涉及内核源码：

一

离开读取侧临界区后，林小源来到一片广阔的荒原。荒原上空无一人，只有一座巨大的沙漏矗立在中央，沙漏中的细沙正在缓缓流淌。

沙漏旁坐着一位身披金色斗篷的女子，面容宁静，双眼微闭。

"前辈是……"

"宽限期。"女子睁开眼，声音如清泉般平静，"Grace Period。我是RCU最核心的存在——没有我，旧数据就无法安全释放。"

林小源看着沙漏中流淌的细沙。"宽限期……就是等待的时间？"

"不仅仅是等待。"宽限期站起身，走到沙漏旁，"看——当写入者调用rcu_assign_pointer()更新指针的那一刻，沙漏就开始倒计时。在那之前已经进入读取侧临界区的所有读者，必须全部离开。只有当最后一个读者也离开了，沙漏流尽，我才会允许写入者释放旧数据。"

"如果有读者迟迟不离开呢？"

宽限期目光一冷。"那我就一直等。这就是为什么读取侧临界区不能睡眠——你若在里面睡着，整个宽限期都会被你阻塞，后面的写入者全部排队等待。"

二

"等待宽限期有两种方式。"宽限期从袖中取出两枚令牌，一枚银色，一枚铜色。

"银色的是synchronize_rcu()——同步等待。调用它之后，当前线程会阻塞，直到宽限期结束。简单可靠，但你什么都做不了，只能干等。适合在进程上下文中使用。"

"铜色的是call_rcu()——异步等待。你注册一个回调函数，然后继续做自己的事。宽限期结束后，内核会自动调用你的回调。适合在中断上下文中使用，因为中断不能睡眠。"

林小源接过两枚令牌，感受到它们不同的温度——银色的冰凉沉静，铜色的温暖跳动。

"那内核怎么知道宽限期结束了？"林小源追问。

"静止状态。"宽限期指向远方，"每个CPU都有自己的运行状态。当一个CPU经历了上下文切换，或者进入了空闲状态，它就经历了一次'静止状态'——说明它已经不在任何RCU读取侧临界区中了。当所有CPU都经历过静止状态，宽限期就结束了。"

三

林小源站在沙漏旁，看着最后一粒细沙落下。

"宽限期前辈，synchronize_rcu()可能会等多久？"

"毫秒级。"宽限期答道，"通常不会太久，但如果某个读取者的临界区很长，或者系统负载很重，等待时间会增加。这就是为什么我们有call_rcu()——你不想等，就注册回调，让内核替你等。"

她顿了顿，补充道："但call_rcu()也有代价。回调函数会在软中断上下文中执行，所以回调函数本身也不能睡眠。而且，如果你注册了太多回调，内核需要处理的回调队列会很长，影响性能。"

林小源将两枚令牌收好。宽限期的哲学很简单——耐心等待，直到安全。但这份耐心背后，是对每一个读取者的尊重。

/*
 * 宽限期 (Grace Period):
 *
 * 定义:
 *   从 rcu_assign_pointer() 到可以 free() 的时间段
 *   等待所有在更新前进入临界区的读者离开
 *
 * 时间线:
 *   T1: 写入者更新指针
 *   T2: 读者 A 进入临界区
 *   T3: 读者 B 进入临界区
 *   T4: 读者 A 离开临界区
 *   T5: 读者 B 离开临界区
 *   T6: 宽限期结束 (所有在 T1 前进入的读者已离开)
 *   T7: 写入者可以释放旧数据
 *
 * synchronize_rcu():
 *   阻塞等待宽限期结束
 *   不能在中断上下文使用
 *
 * call_rcu():
 *   异步等待宽限期
 *   注册回调函数
 *   可以在中断上下文使用
 *
 * 内核实现:
 *   检测上下文切换
 *   每个 CPU 都经历过静止状态
 *   宽限期结束
 */

/* 模拟宽限期 */
struct grace_period {
    int started;
    int completed;
    int readers_waiting; /* 仍在临界区的读者数 */
};

void gp_init(struct grace_period *gp) {
    gp->started = 1;
    gp->completed = 0;
    gp->readers_waiting = 0;
}

void gp_reader_enter(struct grace_period *gp) {
    gp->readers_waiting++;
}

void gp_reader_leave(struct grace_period *gp) {
    gp->readers_waiting--;
    if (gp->readers_waiting == 0 && gp->started) {
        gp->completed = 1;
    }
}

int gp_is_complete(struct grace_period *gp) {
    return gp->completed;
}

printf("=== 宽限期 — RCU 的核心 ===\n\n");

struct grace_period gp;
gp_init(&gp);

printf("--- 时间线 ---\n");
printf("T1: 写入者更新指针\n");
gp_reader_enter(&gp); /* 读者进入 */
printf("T2: 读者进入临界区\n");

printf("T3: 写入者等待宽限期...\n");
printf("  宽限期完成? %s\n", gp_is_complete(&gp) ? "是" : "否");

gp_reader_leave(&gp); /* 读者离开 */
printf("T4: 读者离开临界区\n");
printf("  宽限期完成? %s\n", gp_is_complete(&gp) ? "是" : "否");

printf("\n--- synchronize_rcu ---\n");
printf("特点:\n");
printf("  阻塞等待\n");
printf("  不能在中断上下文使用\n");
printf("  简单可靠\n\n");
printf("用法:\n");
printf("  更新指针\n");
printf("  synchronize_rcu()\n");
printf("  释放旧数据\n\n");

printf("--- call_rcu ---\n");
printf("特点:\n");
printf("  异步等待\n");
printf("  可以在中断上下文使用\n");
printf("  回调函数\n\n");
printf("用法:\n");
printf("  更新指针\n");
printf("  call_rcu(&head, callback)\n");
printf("  // 宽限期后自动调用 callback\n\n");

printf("--- 宽限期检测 ---\n");
printf("方法:\n");
printf("  检测上下文切换\n");
printf("  每个 CPU 经历静止状态\n\n");
printf("静止状态:\n");
printf("  CPU 不在 RCU 读取临界区\n");
printf("  上下文切换、空闲等\n\n");

printf("--- 性能影响 ---\n");
printf("synchronize_rcu:\n");
printf("  可能阻塞毫秒级\n");
printf("  适合进程上下文\n\n");
printf("call_rcu:\n");
printf("  不阻塞\n");
printf("  适合中断上下文\n");

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道藏笔记

内核启示

宽限期就是从写入者更新指针到能安全释放旧数据的那段时间。核心逻辑：在更新指针前就已经进入临界区的所有读者，必须全部出来，宽限期才算结束。内核通过检测"静止状态"来判断——每个 CPU 经历上下文切换或进入空闲，说明它不在任何 RCU 临界区里了，所有 CPU 都经历过，宽限期结束。

两种等待方式：synchronize_rcu() 同步阻塞（简单但你干等着，不能在中断上下文用），call_rcu() 异步注册回调（不阻塞，宽限期后内核自动调你的回调函数，中断上下文也能用）。通常毫秒级，但读者临界区太长或系统负载重时会更久。

宽限期是保障——等待读者离开，安全释放旧数据。

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破关试炼

宽限期之试

宽限期一章中，注册回调、等宽限期结束后异步释放旧对象的接口是什么？

答对后才能继续滑动和进入下一章。

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