RCU（Read-Copy-Update）适合“读取极频繁、更新相对少”的共享数据。它把问题拆成两部分：读者怎样看到一个完整版本，以及旧版本什么时候可以释放。读侧通常不需要争用同一把锁；写侧准备新状态并发布指针，随后把旧对象的回收推迟到宽限期之后。

三件事不能混在一起

  1. 发布可见性：写者先初始化对象，再用 rcu_assign_pointer() 发布；读者用 rcu_dereference() 取得受保护的指针。
  2. 读侧生命周期：读者在 rcu_read_lock() 与 rcu_read_unlock() 之间使用对象，不能把裸指针带出保护范围后继续访问。
  3. 延迟回收：synchronize_rcu() 或 call_rcu() 等待/安排宽限期后处理旧对象。宽限期只保证旧读者已经离开，不自动解决写者之间的竞争。
读者读取旧指针→写者复制并修改→原子发布新指针→等待宽限期→回收旧对象
读侧临界区保护对象仍可访问，不是普通互斥锁发布保证读者不会看到未初始化完成的版本宽限期开始等待前的读者都已离开回调call_rcu 异步安排旧对象回收写者锁多个写者仍可能需要 mutex/spinlockRCU 变体可睡眠条件与 quiescent state 规则不同

一个典型骨架

下面只展示生命周期关系，错误处理和并发写者保护仍需按对象设计：

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rcu_read_lock();
p = rcu_dereference(global_ptr);
if (p)
    consume(p);
rcu_read_unlock();

new = clone_and_update(old);
rcu_assign_pointer(global_ptr, new);
synchronize_rcu();
kfree(old);

如果更新路径不能阻塞，可以把最后两步改为 call_rcu()，由回调在宽限期后释放。频繁更新时，还要控制待回收对象积压，不能把“异步释放”理解成“没有内存压力”。

如何观察与排错

内核调试配置提供 RCU stall 检测与 rcutorture。出现 stall 警告时，应保存完整日志、CPU 堆栈和内核配置，检查长时间关闭抢占/中断、CPU 未报告静止状态或读侧临界区异常延长等情况。

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zgrep -E 'CONFIG_RCU|CONFIG_RCU_STALL' /proc/config.gz 2>/dev/null
dmesg -T | grep -i -E 'rcu.*stall|rcu_sched|rcu_preempt'

这些日志只能提示 RCU 无法推进，不能单独证明某个业务对象存在 use-after-free。对象生命周期问题仍需结合 KASAN、lockdep、崩溃栈和具体更新路径判断。

常见误区

  • rcu_read_lock() 不负责排斥写者，也不让对象内容自动变成不可变。
  • synchronize_rcu() 等待的是进入当前宽限期之前的读者，不是等待所有 CPU 空闲。
  • RCU 保护“是否仍能访问”，引用计数保护“还有多少长期持有者”，二者解决的问题不同。
  • 不同 RCU 变体对能否阻塞、怎样报告静止状态有不同规则，不能机械替换 API。

证据边界

本文描述 Linux 内核中常见的 RCU 使用模型，不覆盖所有 RCU 变体和内存序细节。真正修改内核路径时，应以对应内核版本的 RCU 文档、锁规则和 lockdep/KCSAN 结果为准。

参考：What is RCU? · RCU concepts · 不懂 RCU，别再说你懂 Linux 内核了