08 · RCU：可抢占读端、优先级提升与线程化回调

结论：PREEMPT_RT 选中 PREEMPTION 后自动得到 PREEMPT_RCU（读端可抢占，甚至可在 PI 锁上睡眠）、RCU_BOOST 默认开（rcub/N 线程在宽限期开始 500 ms 后提升被抢占的读者）、use_softirq 固定为 0（回调在 rcuc/N SCHED_FIFO 1 线程执行，且启动参数不注册）、rcu_normal_after_boot 固定为 1（启动后禁止加急宽限期，不再向所有 CPU 发 IPI）。收益：RCU 读区与回调不再是不可抢占区，也不再有 IPI 打断隔离 CPU；代价：宽限期变长、内存回收滞后、synchronize_rcu_expedited() 变慢，并且 RT 任务长期霸占 CPU 且优先级高于 1 时会造成 RCU stall。

第一层

先看结论：RT 让 RCU 读端可抢占、回调进线程、被阻塞的读者 500 ms 后被提升、启动后禁止加急宽限期——读区与回调都不再制造延迟，代价是宽限期更长。

非 RT读端关抢占，回调在 RCU_SOFTIRQ

同一场景 · 换成 PREEMPT_RT 内核

PREEMPT_RT读端可抢占 + RCU_BOOST + rcuc 线程 + 禁加急 GP

第二层

先看结论：四个 Kconfig 默认值（PREEMPT_RCU/RCU_BOOST/RCU_NOCB_CPU_CB_BOOST/RCU_EXP_KTHREAD）加两个编译期常量（use_softirq=0、rcu_normal_after_boot=1）决定了一切。

非 RTTree RCU 宽限期与回调流水线

同一场景 · 换成 PREEMPT_RT 内核

PREEMPT_RTKconfig 联动、boost 线程、rcuc、rcu_normal_after_boot

Kconfig 联动（kernel/rcu/Kconfig）

读端

include/linux/rcupdate.h:70-101：PREEMPT_RCU 下 __rcu_read_lock() 是 out-of-line 的嵌套计数，不关抢占；非抢占 RCU 下就是 preempt_disable()。:836-843 的文档分三档：非抢占 RCU 读区不能阻塞；PREEMPT_RCU 读区可被抢占但不能显式阻塞；RT 读区可被抢占、也可以阻塞——但只允许阻塞在受 PI 保护的自旋锁上。Documentation/RCU/whatisRCU.rst:177-179：RT 下 spin_lock() 隐含进入 RCU 读区（rt_spin_lock() 里的 rcu_read_lock()，第 02 章）。

被抢占的读者记入 rnp->blkd_tasks；rcu_read_unlock_special()（kernel/rcu/tree_plugin.h:705-746）在关中断状态退出读区时需要 expedited 处理以及时 deboost，:746 那行 use_softirq && … 是 RT/非 RT 的分叉。

回调执行：softirq → rcuc 线程

kernel/rcu/tree.c:105-109：

static bool use_softirq = !IS_ENABLED(CONFIG_PREEMPT_RT);
#ifndef CONFIG_PREEMPT_RT
module_param(use_softirq, bool, 0444);
#endif

RT 上参数根本不注册（Documentation/admin-guide/kernel-parameters.txt:5214-5222 也这么写）。invoke_rcu_core()（:2877-2885）据此选择 raise_softirq(RCU_SOFTIRQ) 或唤醒 rcuc/N。rcu_cpu_kthread()（:2897-2933）每次最多 10 轮，每轮 local_bh_disable() 包裹，然后 schedule_timeout_idle(2)。

优先级：kthread_prio = IS_ENABLED(CONFIG_RCU_BOOST) ? 1 : 0（:163-169），rcuc/rcub/GP 线程都设为 SCHED_FIFO kthread_prio（tree_plugin.h:1112-1126, 1301-1322；tree.c:5393-5396），rcutree.kthread_prio= 可调（sanitize_kthread_prio() :5541-5558 钳到 1–99）。启动日志会打印 "RCU_SOFTIRQ processing moved to rcuc kthreads" 与 "RCU priority boosting: priority 1 delay 500 ms"。

优先级提升

rcu_boost_kthread（tree_plugin.h:1217-1220）每个叶子 rcu_node 一个，boost_time = GP 开始 + RCU_BOOST_DELAY_JIFFIES（:1287-1294）；到点后通过 rt_mutex 把最老的阻塞读者提升到 kthread_prio。加急 GP 阻塞的读者立即提升（Kconfig:219-220）。

禁止加急宽限期

kernel/rcu/update.c:60-62：rcu_normal_after_boot = IS_ENABLED(CONFIG_PREEMPT_RT)，RT（无 NO_HZ_FULL）下参数不暴露。所有 synchronize_rcu_expedited() 启动后降级为普通 GP（kernel-parameters.txt:5595-5600）——不再有 IPI 广播，但模块卸载、网络命名空间销毁、部分 sysfs 操作会明显变慢。

与 softirq 的其它交叉

• ksoftirqd 在 RT 上不报告 RCU 静止态（kernel/softirq.c:591-592）。
• lockdep 等待类型：rcu_lock_map/rcu_bh_lock_map 都是 LD_WAIT_CONFIG（update.c:290, 299），因为 RT 下 bh 可抢占。
• Documentation/RCU/stallwarn.rst:56-60：RT 内核里一个 CPU 绑定的实时任务、优先级高于 RCU softirq 线程，会让回调永远得不到执行，PREEMPT_RCU 下还会让宽限期永远无法完成。

ARM64 注

• RCU 的 RT 分支与架构无关；arm64 上值得注意的是 TASKS_TRACE_RCU_READ_MB default PREEMPT_RT（kernel/rcu/Kconfig:298）避免向隔离 CPU 发 IPI，而 arm64 的 IPI 在 arch/arm64/kernel/smp.c:1077-1084 注册、伪 NMI 开启时部分 IPI 变成 NMI（:1016-1025）。
• nohz_full + rcu_nocbs 组合在 arm64 上同样有效；arch timer 在隔离 CPU 上不再周期触发，只保留单次到期。

性能影响

净影响：无 IPI 打断隔离 CPU；kfree_rcu 回收滞后、expedited 变慢；RT 任务长跑且优先级 > 1 会导致 stall。

源码定位

调优要点

• 隔离 CPU 一律 rcu_nocbs=<隔离集>，回调由 rcuo 线程在 housekeeping CPU 执行；配合 CONFIG_RCU_NOCB_CPU=y。
• 长跑的 RT 线程若优先级 > 1，要么周期性让出 CPU，要么 rcutree.kthread_prio=<高于业务线程>（会让 RCU 回调抢占业务，权衡）。
• 需要频繁加/卸载模块或大量创建销毁 netns 的系统，接受 expedited 变慢的现实，或在 NO_HZ_FULL 内核上显式 rcupdate.rcu_normal_after_boot=0（会重新引入 IPI）。

小结

• RT 上 spin_lock() 隐含进入 RCU 读区，读区可以在 PI 锁上阻塞——这是 RCU 与锁替换互相配合的结果。
• rcuc/rcub/GP 线程默认 FIFO 1，比 irq 线程（50）低得多；rcutree.kthread_prio= 是唯一旋钮。
• 加急宽限期被禁是「隔离 CPU 不被 IPI 打扰」的代价，模块卸载等操作会明显变慢。
• 承上启下：RCU 早在 6.12 之前就已 RT 化；真正让 6.12 成为「首个内置 RT 的 LTS」的最后一块是 printk——下一章。