[发明专利]一种用户态无锁转发的实现方法及装置

说明书

本申请提供一种用户态无锁转发的实现方法及装置，该方法包括：当线程对数据进行访问或访问结束时，根据线程的类别，更新已创建的红区对应的结构属性，其中，该红区用于记录线程对数据的全部访问过程，该红区包括当前使用红区以及过期待处理红区，该当前使用红区存储待释放数据；根据更新后的结构属性，判断过期待处理红区中是否存在访问的线程；如果过期待处理红区中未存在访问的线程，则将当前使用红区存储的待释放数据进行释放处理。

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种用户态无锁转发的实现方法及装置。

背景技术

随着互联网、4G、5G网络的普及推广，对于网络操作系统(英文：networkoperating system，简称：Nos)的转发性能要求越来越高。无论是运行在服务器或是路由器中，Nos充分利用多核中央处理器(英文：Central Processing Unit，简称：CPU)的能力。在多核CPU并发的情况下，会出现对关键数据的冲突访问，因此，提供一种多核无锁的转发方式，对于转发性能是至关重要的。

读-拷贝更新(英文：Read-Copy Update，简称：RCU)，是在Linux内核态下提供的一种无锁并发访问方式，当多个上下文(例如，内核线程、软中断等)等并发访问数据时，对于读者无需加锁进行互斥处理，是一种非常高效的互斥方式。

RCU机制主要包括两部分：1)拷贝修改。如图1所示，以图1中的链表为例，在对链表中的某个节点更新时，先拷贝一个副本(new-one)，对副本进行修改。然后，将副本挂在链表上旧节点(old-one)所在的位置。这个过程中，对旧节点的内容不做修改，包括旧节点的下一级节点的地址。因此，上述过程中，正在访问该链表的读者，依然可以通过旧节点安全的访问该链表，同时无需在修改的过程中加锁对读者进行屏蔽。2)延迟释放。在如图1修改过副本后，旧节点不会被立即释放，而是继续挂在链表上。在特定的时间，调用旧节点的释放回调函数，将旧节点释放。

由于并不知道当前有哪些上下文在访问某一个待释放的节点，因此，RCU机制通过优雅期(grace period)来确定释放的时机。即以优雅期为界，对关键数据的修改或删除操作在当前优雅期完成，那么在当前优雅期内，处于其他CPU上的读者可能访问到旧数据(在修改或删除完成前就查找并使用旧节点)，也可能访问新数据(在修改或删除操作完成后才查找到新节点)。因此，在全部CPU都完成了一次上下文切换后，即可保证后续读者访问的是新节点，可将旧节点安全释放。

当前，主流的Nos在采用了用户态的系统后，则失去了高效安全的RCU机制。尽管用户态也有类似RCU的用户态RCU(英文：user-space read-copy update，简称：URCU)机制，但是，由于URCU无法获取CPU上的上下文切换，不能感知优雅期。因此，URCU对于编码的要求非常高，并且URCU需要暴露出很多实现细节，尤其是将Nos移植到用户态的时，适配URCU过程困难。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种用户态无锁转发的实现方法及装置，解决用户态转发的无锁要求，提供了一种接近内核RCU的解决方案。

第一方面，本申请提供了一种用户态无锁转发的实现方法，该方法包括：

当线程对数据进行访问或访问结束时，根据线程的类别，更新已创建的红区(redzone)对应的结构属性，该红区用于记录线程对数据的全部访问过程，该红区包括当前使用红区以及过期待处理红区，该当前使用红区存储待释放数据；

根据更新后的结构属性，判断过期待处理红区中是否存在访问的线程；

如果过期待处理红区中未存在访问的线程，则将当前使用红区存储的待释放数据进行释放处理。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，当线程对数据进行访问或访问结束时，根据线程的类别，更新已创建的红区对应的结构属性之前，该方法还包括：