[發明專利]一種用戶態無鎖轉發的實現方法及裝置

有效

• 申請號: 202010131073.X
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111475264B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 李昊
• 申請（專利權）人: 新華三技術有限公司合肥分公司
• 主分類號: G06F9/48
• 分類號: G06F9/48;G06F9/52
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本申請提供一種用戶態無鎖轉發的實現方法及裝置，該方法包括：當線程對數據進行訪問或訪問結束時，根據線程的類別，更新已創建的紅區對應的結構屬性，其中，該紅區用于記錄線程對數據的全部訪問過程，該紅區包括當前使用紅區以及過期待處理紅區，該當前使用紅區存儲待釋放數據；根據更新后的結構屬性，判斷過期待處理紅區中是否存在訪問的線程；如果過期待處理紅區中未存在訪問的線程，則將當前使用紅區存儲的待釋放數據進行釋放處理。

技術領域

本申請涉及通信技術領域，尤其涉及一種用戶態無鎖轉發的實現方法及裝置。

背景技術

隨著互聯網、4G、5G網絡的普及推廣，對于網絡操作系統(英文：networkoperating?system，簡稱：Nos)的轉發性能要求越來越高。無論是運行在服務器或是路由器中，Nos充分利用多核中央處理器(英文：Central?Processing?Unit，簡稱：CPU)的能力。在多核CPU并發的情況下，會出現對關鍵數據的沖突訪問，因此，提供一種多核無鎖的轉發方式，對于轉發性能是至關重要的。

讀-拷貝更新(英文：Read-Copy?Update，簡稱：RCU)，是在Linux內核態下提供的一種無鎖并發訪問方式，當多個上下文(例如，內核線程、軟中斷等)等并發訪問數據時，對于讀者無需加鎖進行互斥處理，是一種非常高效的互斥方式。

RCU機制主要包括兩部分：1)拷貝修改。如圖1所示，以圖1中的鏈表為例，在對鏈表中的某個節點更新時，先拷貝一個副本(new-one)，對副本進行修改。然后，將副本掛在鏈表上舊節點(old-one)所在的位置。這個過程中，對舊節點的內容不做修改，包括舊節點的下一級節點的地址。因此，上述過程中，正在訪問該鏈表的讀者，依然可以通過舊節點安全的訪問該鏈表，同時無需在修改的過程中加鎖對讀者進行屏蔽。2)延遲釋放。在如圖1修改過副本后，舊節點不會被立即釋放，而是繼續掛在鏈表上。在特定的時間，調用舊節點的釋放回調函數，將舊節點釋放。

由于并不知道當前有哪些上下文在訪問某一個待釋放的節點，因此，RCU機制通過優雅期(grace?period)來確定釋放的時機。即以優雅期為界，對關鍵數據的修改或刪除操作在當前優雅期完成，那么在當前優雅期內，處于其他CPU上的讀者可能訪問到舊數據(在修改或刪除完成前就查找并使用舊節點)，也可能訪問新數據(在修改或刪除操作完成后才查找到新節點)。因此，在全部CPU都完成了一次上下文切換后，即可保證后續讀者訪問的是新節點，可將舊節點安全釋放。

當前，主流的Nos在采用了用戶態的系統后，則失去了高效安全的RCU機制。盡管用戶態也有類似RCU的用戶態RCU(英文：user-space?read-copy?update，簡稱：URCU)機制，但是，由于URCU無法獲取CPU上的上下文切換，不能感知優雅期。因此，URCU對于編碼的要求非常高，并且URCU需要暴露出很多實現細節，尤其是將Nos移植到用戶態的時，適配URCU過程困難。

發明內容

有鑒于此，本申請提供了一種用戶態無鎖轉發的實現方法及裝置，解決用戶態轉發的無鎖要求，提供了一種接近內核RCU的解決方案。

第一方面，本申請提供了一種用戶態無鎖轉發的實現方法，該方法包括：

當線程對數據進行訪問或訪問結束時，根據線程的類別，更新已創建的紅區(redzone)對應的結構屬性，該紅區用于記錄線程對數據的全部訪問過程，該紅區包括當前使用紅區以及過期待處理紅區，該當前使用紅區存儲待釋放數據；

根據更新后的結構屬性，判斷過期待處理紅區中是否存在訪問的線程；

如果過期待處理紅區中未存在訪問的線程，則將當前使用紅區存儲的待釋放數據進行釋放處理。

結合第一方面，在第一種可能的實現方式中，當線程對數據進行訪問或訪問結束時，根據線程的類別，更新已創建的紅區對應的結構屬性之前，該方法還包括：