三、RCU 实现机制
按照第二节所讲原理，对于读者，RCU 仅需要抢占失效，因此获得读锁和释放读锁分别定义为：
#define rcu_read_lock() preempt_disable() #define rcu_read_unlock() preempt_enable()
它们有一个变种：
#define rcu_read_lock_bh() local_bh_disable() #define rcu_read_unlock_bh() local_bh_enable()
这个变种只在修改是通过 call_rcu_bh 进行的情况下使用，因为 call_rcu_bh将把 softirq 的执行完毕也认为是一个 quiescent state，因此如果修改是通过 call_rcu_bh 进行的，在进程上下文的读端临界区必须使用这一变种。
每一个 CPU 维护两个数据结构rcu_data,rcu_bh_data，它们用于保存回调函数，函数call_rcu和函数call_rcu_bh用户注册回调函数，前者把回调函数注册到rcu_data，而后者则把回调函数注册到rcu_bh_data，在每一个数据结构上，回调函数被组成一个链表，先注册的排在前头，后注册的排在末尾。
当在CPU上发生进程切换时，函数rcu_qsctr_inc将被调用以标记该CPU已经经历了一个quiescent state。该函数也会被时钟中断触发调用。
时钟中断触发垃圾收集器运行，它会检查：
否在该CPU上有需要处理的回调函数并且已经经过一个grace period；
否没有需要处理的回调函数但有注册的回调函数；
否该CPU已经完成回调函数的处理；
否该CPU正在等待一个quiescent state的到来；
如果以上四个条件只要有一个满足，它就调用函数rcu_check_callbacks。
函数rcu_check_callbacks首先检查该CPU是否经历了一个quiescent state，如果：
1． 当前进程运行在用户态；
或
2． 当前进程为idle且当前不处在运行softirq状态，也不处在运行IRQ处理函数的状态；
那么，该CPU已经经历了一个quiescent state，因此通过调用函数rcu_qsctr_inc标记该CPU的数据结构rcu_data和rcu_bh_data的标记字段passed_quiesc，以记录该CPU已经经历一个quiescent state。
否则，如果当前不处在运行softirq状态，那么，只标记该CPU的数据结构rcu_bh_data的标记字段passed_quiesc，以记录该CPU已经经历一个quiescent state。注意，该标记只对rcu_bh_data有效。
然后，函数rcu_check_callbacks将调用tasklet_schedule，它将调度为该CPU设置的tasklet rcu_tasklet，每一个CPU都有一个对应的rcu_tasklet。
在时钟中断返回后，rcu_tasklet将在softirq上下文被运行。
rcu_tasklet将运行函数rcu_process_callbacks，函数rcu_process_callbacks可能做以下事情：
1． 开始一个新的grace period；这通过调用函数rcu_start_batch实现。
2． 运行需要处理的回调函数；这通过调用函数rcu_do_batch实现。
3． 检查该CPU是否经历一个quiescent state；这通过函数rcu_check_quiescent_state实现
如果还没有开始grace period，就调用rcu_start_batch开始新的grace period。调用函数rcu_check_quiescent_state检查该CPU是否经历了一个quiescent state,如果是并且是最后一个经历quiescent state的CPU，那么就结束grace period，并开始新的grace period。如果有完成的grace period，那么就调用rcu_do_batch运行所有需要处理的回调函数。函数rcu_process_callbacks将对该CPU的两个数据结构rcu_data和rcu_bh_data执行上述操作。
四、RCU APIrcu_read_lock()
读者在读取由RCU保护的共享数据时使用该函数标记它进入读端临界区。
rcu_read_unlock()
该函数与rcu_read_lock配对使用，用以标记读者退出读端临界区。夹在这两个函数之间的代码区称为"读端临界区"(read-side critical section)。读端临界区可以嵌套，如图3，临界区2被嵌套在临界区1内。
图 3 嵌套读端临界区示例
synchronize_rcu()
该函数由RCU写端调用，它将阻塞写者，直到经过grace period后，即所有的读者已经完成读端临界区，写者才可以继续下一步操作。如果有多个RCU写端调用该函数，他们将在一个grace period之后全部被唤醒。注意，该函数在2.6.11及以前的2.6内核版本中为synchronize_kernel，只是在2.6.12才更名为synchronize_rcu,但在2.6.12中也提供了synchronize_kernel和一个新的函数synchronize_sched，因为以前有很多内核开发者使用synchronize_kernel用于等待所有CPU都退出不可抢占区，而在RCU设计时该函数只是用于等待所有CPU都退出读端临界区，它可能会随着RCU实现的修改而发生语意变化，因此为了预先防止这种情况发生，在新的修改中增加了专门的用于其它内核用户的synchronize_sched函数和只用于RCU使用的synchronize_rcu，现在建议非RCU内核代码部分不使用synchronize_kernel而使用synchronize_sched，RCU代码部分则使用synchronize_rcu，synchronize_kernel之所以存在是为了保证代码兼容性。
synchronize_kernel()
其他非RCU的内核代码使用该函数来等待所有CPU处在可抢占状态，目前功能等同于synchronize_rcu，但现在已经不建议使用，而使用synchronize_sched。
synchronize_sched()
该函数用于等待所有CPU都处在可抢占状态，它能保证正在运行的中断处理函数处理完毕，但不能保证正在运行的softirq处理完毕。注意，synchronize_rcu只保证所有CPU都处理完正在运行的读端临界区。 注：在2.6.12内核中，synchronize_kernel和synchronize_sched都实际使用synchronize_rcu，因此当前它们的功能实际是完全等同的，但是将来将可能有大的变化，因此务必根据需求选择恰当的函数。
void fastcall call_rcu(struct rcu_head *head, void (*func)(struct rcu_head *rcu)) struct rcu_head { struct rcu_head *next; void (*func)(struct rcu_head *head); };
函数 call_rcu 也由 RCU 写端调用，它不会使写者阻塞，因而可以在中断上下文或 softirq 使用，而 synchronize_rcu、synchronize_kernel 和synchronize_shced 只能在进程上下文使用。该函数将把函数 func 挂接到 RCU回调函数链上，然后立即返回。一旦所有的 CPU 都已经完成端临界区操作，该函数将被调用来释放删除的将绝不在被应用的数据。参数 head 用于记录回调函数 func，一般该结构会作为被 RCU 保护的数据结构的一个字段，以便省去单独为该结构分配内存的操作。需要指出的是，函数 synchronize_rcu 的实现实际上使用函数call_rcu。
void fastcall call_rcu_bh(struct rcu_head *head, void (*func)(struct rcu_head *rcu))
函数call_ruc_bh功能几乎与call_rcu完全相同，唯一差别就是它把softirq的完成也当作经历一个quiescent state，因此如果写端使用了该函数，在进程上下文的读端必须使用rcu_read_lock_bh。
#define rcu_dereference(p) ({ typeof(p) _________p1 = p; smp_read_barrier_depends(); (_________p1); })
该宏用于在RCU读端临界区获得一个RCU保护的指针，该指针可以在以后安全地引用，内存栅只在alpha架构上才使用。
除了这些API，RCU还增加了链表操作的RCU版本，因为对于RCU，对共享数据的操作必须保证能够被没有使用同步机制的读者看到，所以内存栅是非常必要的。
static inline void list_add_rcu(struct list_head *new, struct list_head *head) 该函数把链表项new插入到RCU保护的链表head的开头。使用内存栅保证了在引用这个新插入的链表项之前，新链表项的链接指针的修改对所有读者是可见的。
static inline void list_add_tail_rcu(struct list_head *new, struct list_head *head)
该函数类似于list_add_rcu，它将把新的链表项new添加到被RCU保护的链表的末尾。
static inline void list_del_rcu(struct list_head *entry)
该函数从RCU保护的链表中移走指定的链表项entry，并且把entry的prev指针设置为LIST_POISON2，但是并没有把entry的next指针设置为LIST_POISON1，因为该指针可能仍然在被读者用于便利该链表。
static inline void list_replace_rcu(struct list_head *old, struct list_head *new)
该函数是RCU新添加的函数，并不存在非RCU版本。它使用新的链表项new取代旧的链表项old，内存栅保证在引用新的链表项之前，它的链接指针的修正对所有读者可见。
list_for_each_rcu(pos, head)
该宏用于遍历由RCU保护的链表head，只要在读端临界区使用该函数，它就可以安全地和其它_rcu链表操作函数（如list_add_rcu）并发运行。
list_for_each_safe_rcu(pos, n, head)
该宏类似于list_for_each_rcu，但不同之处在于它允许安全地删除当前链表项pos。
list_for_each_entry_rcu(pos, head, member)
该宏类似于list_for_each_rcu，不同之处在于它用于遍历指定类型的数据结构链表，当前链表项pos为一包含struct list_head结构的特定的数据结构。
list_for_each_continue_rcu(pos, head)
该宏用于在退出点之后继续遍历由RCU保护的链表head。
static inline void hlist_del_rcu(struct hlist_node *n)
它从由RCU保护的哈希链表中移走链表项n，并设置n的ppre指针为LIST_POISON2，但并没有设置next为LIST_POISON1,因为该指针可能被读者使用用于遍利链表。
static inline void hlist_add_head_rcu(struct hlist_node *n, struct hlist_head *h)
该函数用于把链表项n插入到被RCU保护的哈希链表的开头，但同时允许读者对该哈希链表的遍历。内存栅确保在引用新链表项之前，它的指针修正对所有读者可见。
hlist_for_each_rcu(pos, head)
该宏用于��历由RCU保护的哈希链表head，只要在读端临界区使用该函数，它就可以安全地和其它_rcu哈希链表操作函数（如hlist_add_rcu）并发运行。
hlist_for_each_entry_rcu(tpos, pos, head, member)
类似于hlist_for_each_rcu，不同之处在于它用于遍历指定类型的数据结构哈希链表，当前链表项pos为一包含struct list_head结构的特定的数据结构。