(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211405364.9 (22)申请日 2022.11.10 (71)申请人 南京翼辉信息技 术有限公司 地址 210012 江苏省南京市雨 花台区宁双 路19号云密城7号楼二层 (72)发明人 王翾　韩辉　吴鹏程　 (74)专利代理 机构 南京中高专利代理有限公司 32333 专利代理师 吴瑾 (51)Int.Cl. G06F 9/50(2006.01) G06F 9/52(2006.01) (54)发明名称 一种基于嵌入式实时操作系统的RCU实现方 法 (57)摘要 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。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 115454653 A 2022.12.09 CN 115454653 A 1.一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； 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 （GP） ； 4） 宽限期 （GP） 阶段等待； 5） 判定CPU是否经历静默期 （QS） ； 6） 对CPU进行静默期 （QS） 标记； 7） 判定全局宽限期 （GP） 是否结束； 8） 全局宽限期 （GP） 结束后， 确认修改前的共享数据能够被释放。 2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式实时操作系统的RCU实现方法， 其特征在于： 所述步骤1） 中， 为读操作进行加解锁包括在所述嵌入式实时操作系统的线程控制块 （TCB） 中， 记录RCU占用情况。 3.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式实时操作系统的RCU实现方法， 其特征在于： 所述步骤3） 中， 当写线程完成了数据更新后， 开启全局 宽限期 （GP） ， 并在与该CPU对应的数 据结构中进行记录， 并将与该  CPU对应的位图变量中对应 每一个核的  bit均设为1。 4.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式实时操作系统的RCU实现方法， 其特征在于： 所述步骤4） 中， 所述宽限期 （GP） 阶段等待包括宽限期 （GP） 阶段非阻塞等待和宽限期 （GP） 阶 段阻塞等待； 其中， 所述宽限期 （GP） 阶段阻塞等待过程通过互斥锁内核锁、 线程挂起与恢 复、 或布尔类型的变量循环等待中的任意 一种方式实现。 5.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式实时操作系统的RCU实现方法， 其特征在于： 所述步骤5） 中， 判定 CPU经历静默期 （QS） 的条件 包括： 5.1） CPU进行了一次线程调度操作； 5.2） CPU运行在空 闲线程； 5.3） CPU正在运行的线程控制块 （TCB） 记录的  RCU占用情况为非占用状态； 当且仅当满足上述条件中的任意 一种时， 就判定当前  CPU经历过一次静默期 （QS） 。 6.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式实时操作系统的RCU实现方法， 其特征在于： 所述步骤6） 中， 对CPU 进行静默期 （QS） 标记包括： 6.1） 在与该CPU对应的数据结构中记录； 6.2） 在与该  CPU对应的位图变量中将对应的核的  bit清0。 7.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式实时操作系统的RCU实现方法， 其特征在于： 所述步骤7） 中， 判定全局 宽限期 （GP） 是否结束 时， 判断与该  CPU对应的位图变量中每一个 核对应的 bit是否都为0， bit均为0时， 判定全局宽限期 （GP） 结束。 8.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式实时操作系统的RCU实现方法， 其特征在于： 所述嵌入式实时操作系统在线程调度时， 进行CPU是否经历静默期 （QS） 和判定全局 宽限期 （GP） 是否结束的检测； 同时， 所述 嵌入式实时操作系统还通过定时器定期检测CPU是否经历 静默期 （QS） 和判定全局宽限期 （GP） 是否结束。 9.根据权利要求8所述的一种基于嵌入式实时操作系统的RCU实现方法， 其特征在于： 所述定时器在所述嵌入式实时操作系统上通过  tick或者手动创建。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115454653 A 2一种基于嵌入式实时操作系统的RCU实现方 法 技术领域 [0001]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 [0002]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。 [0003]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。 [0004]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。 [0005]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。 [0006]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]。 [0007]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。 [0008]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。 [0009]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。 [0010]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 [0011]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说　明　书 1/6 页 3 CN 115454653 A 3