[发明专利]一种基于嵌入式实时操作系统的RCU实现方法

说明书

本发明提供一种基于嵌入式实时操作系统的RCU实现方法，包括以下步骤：1）读线程对共享数据进行读取时，为读操作进行加解锁；2）写线程对共享数据进行拷贝后修改，修改后更新源数据；3）开启全局宽限期；4）宽限期阶段等待；5）判定CPU是否经历静默期；6）对CPU进行静默期标记；7）判定全局宽限期是否结束；8）全局宽限期结束后，确认修改前的共享数据能够被释放；通过借助嵌入式实时操作系统的线程控制块TCB实时记录RCU占用情况，作为静默期QS的判定条件之一，提高判定的实时性和效率；RCU在实时系统上创建定时器，通过定期检测作为进行静默期QS和宽限期GP判定的一个时机，提高判定准确性和判定效率。

技术领域

本发明涉及数据同步实现方法的技术领域，具体涉及一种基于嵌入式实时操作系统的RCU实现方法。

背景技术

RCU是Read，Copy-Update的缩写，意指读，复制-更新，是一种同步机制，是Linux操作系统下数据同步的一种实现方式。以链表为例，RCU机制同一时刻允许多个线程对链表进行读操作，且读的时候允许一个线程对链表进行修改。当读者多，更新者少时，RCU 的效率很高，在Linux操作系统中，有很多子系统借助RCU来进行数据同步，如文件系统中，由于查找目录情形比较多，修改目录则相对较少，因此就可以使用 RCU同步机制。

RCU的基本思想是：先拷贝一份旧数据，然后对拷贝后的数据进行修改，形成一个新的数据，最后再用新的数据替换掉旧的数据。

例如，如图1所示，假设有一个单向链表，其中包含一个由指针P指向的节点；

现在，要使用RCU同步机制来更新这个节点的数据，那么首先需要分配一段新的内存空间，由指针 Q 指向，用于存放这个复制的节点数据，如图2所示。

然后将指针P 指向的节点数据，以及它和下一节点[11, 4, 8]的关系，都完整地复制到指针Q指向的内存区域中，如图3所示。

接下来，写者会修改这个复制的数据，即如图4所示，将[5, 6, 7]修改为[5, 2,3]。

修改完成之后，写者就可以将这个更新发布（publish）了，对于读者来说就可见了。因此，发布之后才开始读取操作的读者，比如读节点[1, 2, 3]的下一个节点，得到的就是新的数据[5, 2, 3]，如图5中粗边框所示；而在 publish 之前就开始读取操作的读者则不受影响，依然使用旧的数据[5, 6, 7]，如图5中细边框所示。

等到所有引用旧数据区的读者都完成了相关操作，写者才会释放由指针P指向的内存区域，如图6所示。虽然思想简单且能够有效提高数据同步效率，但是 RCU在实际实现时，仍然存在以下缺陷与不足：

1）需要依赖很多操作系统相关的独有技术，又因为Linux操作系统不属于实时系统，不需要考虑实时性等问题，因此当前RCU同步机制仅在Linux操作系统下有源代码能够实现，其他嵌入式实时操作系统尚缺乏与RCU资源同步方法的有效结合。

2）RCU同步机制的实现依赖Linux操作系统下独有的技术，对于其他嵌入式实时操作系统，没有相关技术实现，因此无法在此类嵌入式实时操作系统中开发出 RCU同步机制。

3）Linux操作系统不是实时系统，RCU同步机制实现时，也没有充分考虑实时性，因此其当前实现方法也无法在实时系统上直接使用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺陷与不足，本发明提供了一种基于嵌入式实时操作系统的RCU实现方法。

本发明提供的具体方案为：

一种基于嵌入式实时操作系统的RCU实现方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）读线程对共享数据进行读取时，为读操作进行加解锁；