无锁编程(六) - seqlock(顺序锁)

seqlock(顺序锁)

用于能够区分读与写的场合,并且是读操作很多、写操作很少,写操作的优先权大于读操作。 seqlock的实现思路是,用一个递增的整型数表示sequence。写操作进入临界区时,sequence++;退出临界区时,sequence再++。写操作还需要获得一个锁(比如mutex),这个锁仅用于写写互斥,以保证同一时间最多只有一个正在进行的写操作。 当sequence为奇数时,表示有写操作正在进行,这时读操作要进入临界区需要等待,直到sequence变为偶数。读操作进入临界区时,需要记录下当前sequence的值,等它退出临界区的时候用记录的sequence与当前sequence做比较,不相等则表示在读操作进入临界区期间发生了写操作,这时候读操作读到的东西是无效的,需要返回重试。 seqlock写写是必须要互斥的。但是seqlock的应用场景本身就是读多写少的情况,写冲突的概率是很低的。所以这里的写写互斥基本上不会有什么性能损失。 而读写操作是不需要互斥的。seqlock的应用场景是写操作优先于读操作,对于写操作来说,几乎是没有阻塞的(除非发生写写冲突这一小概率事件),只需要做sequence++这一附加动作。而读操作也不需要阻塞,只是当发现读写冲突时需要retry。 seqlock的一个典型应用是时钟的更新,系统中每1毫秒会有一个时钟中断,相应的中断处理程序会更新时钟(写操作)。而用户程序可以调用gettimeofday之类的系统调用来获取当前时间(读操作)。在这种情况下,使用seqlock可以避免过多的gettimeofday系统调用把中断处理程序给阻塞了(如果使用读写锁,而不用seqlock的话就会这样)。中断处理程序总是优先的,而如果gettimeofday系统调用与之冲突了,那用户程序多等等也无妨。 seqlock的实现非常简单: 写操作进入临界区时:

 void write_seqlock(seqlock_t *sl)
 {
     spin_lock(&sl->lock); // 上写写互斥锁
     ++sl->sequence; // sequence++
 }

写操作退出临界区时:

 void write_sequnlock(seqlock_t *sl)
 {
     sl->sequence++; // sequence再++
     spin_unlock(&sl->lock); // 释放写写互斥锁
 }
 
 读操作进入临界区时:
 unsigned read_seqbegin(const seqlock_t *sl)
 {
     unsigned ret;
     repeat:
         ret = sl->sequence; // 读sequence值
         if (unlikely(ret & 1)) { // 如果sequence为奇数自旋等待
             goto repeat;
         }
     return ret;
 }

读操作尝试退出临界区时:

 int read_seqretry(const seqlock_t *sl, unsigned start)
 {
     return (sl->sequence != start); //看看sequence与进入临界区时是否发生过改变
 }

而读操作一般会这样进行:

 do {
     seq = read_seqbegin(&seq_lock);// 进入临界区
     do_something();
 } while (read_seqretry(&seq_lock, seq)); // 尝试退出临界区,存在冲突则重试

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