一文讀懂內核順序鎖
Linux 內核有非常多的鎖機制，如：自旋鎖、讀寫鎖、信號量和 RCU 鎖等。本文介紹一種和讀寫鎖比較相似的鎖機制：順序鎖（seqlock）。
順序鎖與讀寫鎖一樣，都是針對多讀少寫且快速處理的鎖機制。而順序鎖和讀寫鎖的區別就在於：讀寫鎖的讀鎖會阻塞寫鎖，而順序鎖的讀鎖不會阻塞寫鎖。
讀鎖原理
爲了讓讀鎖不阻塞寫鎖，讀鎖並不會真正進行上鎖操作。那麼讀鎖是如何避免在讀取臨界區數據時，數據被其他進程修改了？
爲了解決這個問題，順序鎖使用了一種類似於版本號的機制：序號。序號是一個只增不減的計數器，可以從順序鎖對象的定義看出，如下代碼所示：
typedef struct {
struct seqcount seqcount; // 序號
spinlock_t lock; // 自旋鎖，寫鎖上鎖時使用
} seqlock_t;在讀取臨界區數據前，首先需要調用 read_seqbegin() 函數來獲取讀鎖，read_seqbegin() 函數的核心邏輯是讀取順序鎖的序號。代碼如下所示：
static inline unsigned read_seqbegin(const seqlock_t *sl)
{
unsigned ret;
repeat:
// 讀取順序鎖的序號
ret = sl->sequence;
// 如果序號是單數，需要重新獲取
if (unlikely(ret & 1)) {
...
goto repeat;
}
...
return ret;
}從上面的代碼可以看出，read_seqbegin() 函數只獲取順序鎖的序號，並不會進行上鎖操作，所以讀鎖並不會阻塞寫鎖。
注意：序號是單數時需要重新獲取的原因，會在分析寫鎖實現原理時說明。
既然讀鎖並不會進行上鎖操作，如果在讀取臨界區數據時，數據被修改了怎麼辦呢？答案就是：在退出臨界區時，比較一下當前順序鎖的序號跟之前讀取的序號是否一致。如果一致表示數據沒有被修改，否則說明數據已經被修改。如果數據被修改了，那麼需要重新讀取臨界區的數據。
比較序號是否一致可以使用 read_seqretry() 函數，所以讀鎖的正確用法如下代碼所示：
do {
// 獲取順序鎖序號
unsigned seq = read_seqbegin(&seqlock);
// 讀取臨界區數據
...
} while (read_seqretry(&seqlock, seq)); // 對比序號是否一致?read_seqretry() 函數的實現非常簡單，如下所示：
static inline unsigned
read_seqretry(const seqlock_t *sl, unsigned start)
{
...
return sl->sequence != start;
}從上面代碼可以看出，read_seqretry() 函數只是簡單比較當前序號與之前讀取到的序號是否一致。
寫鎖原理
從上面的分析可知，讀鎖是通過對比前後序號是否一致來判斷數據是否被修改的。那麼序號在什麼時候被修改呢？答案就是：獲取寫鎖時。
獲取寫鎖是通過 write_seqlock() 函數來實現的，其實現也比較簡單，代碼如下所示：
static inline void write_seqlock(seqlock_t *sl)
{
spin_lock(&sl->lock);
sl->sequence++;
...
}write_seqlock() 函數首先會獲取自旋鎖（所以寫鎖與寫鎖之間是互斥的），然後對序號進行加一操作。所以，在修改臨界區數據前，寫鎖先會增加序號的值，這樣就會導致讀鎖前後兩次獲取的序號不一致。我們可以用下圖來說明這種情況：
可以看出，當在讀臨界區前後獲取的序號值不一致時，就表示數據已經被修改，這時就需要重新讀取被修改後的數據。
寫鎖解鎖也很簡單，代碼如下：
static inline void write_sequnlock(seqlock_t *sl)
{
...
s->sequence++;
spin_unlock(&sl->lock);
}解鎖也需要對序號進行加一操作，然後釋放自旋鎖。
由於 write_seqlock() 函數與 write_sequnlock() 函數都會對序號進行加一操作，所以解鎖後，序號的值必定爲雙數。
我們在分析讀鎖時看到，如果序號是單數時會重新獲取序號，直到序號爲雙數爲止。這是因爲序號單數時，表示正在更新數據。此時讀取臨界區的值是沒有意義的，所以需要等到更新完畢再讀取。
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