Linux 內(nèi)核有非常多的鎖機制，如：自旋鎖、讀寫鎖、信號量和 RCU 鎖等。本文介紹一種和讀寫鎖比較相似的鎖機制：順序鎖（seqlock）。

順序鎖與讀寫鎖一樣，都是針對多讀少寫且快速處理的鎖機制。而順序鎖和讀寫鎖的區(qū)別就在于：讀寫鎖的讀鎖會阻塞寫鎖，而順序鎖的讀鎖不會阻塞寫鎖。

讀鎖原理

為了讓讀鎖不阻塞寫鎖，讀鎖并不會真正進行上鎖操作。那么讀鎖是如何避免在讀取臨界區(qū)數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)被其他進程修改了？

為了解決這個問題，順序鎖使用了一種類似于版本號的機制：序號。序號是一個只增不減的計數(shù)器，可以從順序鎖對象的定義看出，如下代碼所示：

在讀取臨界區(qū)數(shù)據(jù)前，首先需要調(diào)用?read_seqbegin()?函數(shù)來獲取讀鎖，read_seqbegin()?函數(shù)的核心邏輯是讀取順序鎖的序號。代碼如下所示：

從上面的代碼可以看出，read_seqbegin()?函數(shù)只獲取順序鎖的序號，并不會進行上鎖操作，所以讀鎖并不會阻塞寫鎖。

注意：序號是單數(shù)時需要重新獲取的原因，會在分析寫鎖實現(xiàn)原理時說明。

既然讀鎖并不會進行上鎖操作，如果在讀取臨界區(qū)數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)被修改了怎么辦呢？答案就是：在退出臨界區(qū)時，比較一下當前順序鎖的序號跟之前讀取的序號是否一致。如果一致表示數(shù)據(jù)沒有被修改，否則說明數(shù)據(jù)已經(jīng)被修改。如果數(shù)據(jù)被修改了，那么需要重新讀取臨界區(qū)的數(shù)據(jù)。

比較序號是否一致可以使用?read_seqretry()?函數(shù)，所以讀鎖的正確用法如下代碼所示：

read_seqretry()?函數(shù)的實現(xiàn)非常簡單，如下所示：

從上面代碼可以看出，read_seqretry()?函數(shù)只是簡單比較當前序號與之前讀取到的序號是否一致。

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寫鎖原理

從上面的分析可知，讀鎖是通過對比前后序號是否一致來判斷數(shù)據(jù)是否被修改的。那么序號在什么時候被修改呢？答案就是：獲取寫鎖時。

獲取寫鎖是通過?write_seqlock()?函數(shù)來實現(xiàn)的，其實現(xiàn)也比較簡單，代碼如下所示：

write_seqlock()?函數(shù)首先會獲取自旋鎖（所以寫鎖與寫鎖之間是互斥的），然后對序號進行加一操作。所以，在修改臨界區(qū)數(shù)據(jù)前，寫鎖先會增加序號的值，這樣就會導(dǎo)致讀鎖前后兩次獲取的序號不一致。我們可以用下圖來說明這種情況：

seqlock原理

可以看出，當在讀臨界區(qū)前后獲取的序號值不一致時，就表示數(shù)據(jù)已經(jīng)被修改，這時就需要重新讀取被修改后的數(shù)據(jù)。

寫鎖解鎖也很簡單，代碼如下：

解鎖也需要對序號進行加一操作，然后釋放自旋鎖。

由于?write_seqlock()?函數(shù)與?write_sequnlock()?函數(shù)都會對序號進行加一操作，所以解鎖后，序號的值必定為雙數(shù)。

我們在分析讀鎖時看到，如果序號是單數(shù)時會重新獲取序號，直到序號為雙數(shù)為止。這是因為序號單數(shù)時，表示正在更新數(shù)據(jù)。此時讀取臨界區(qū)的值是沒有意義的，所以需要等到更新完畢再讀取。

原文作者：Linux內(nèi)核那些事