4、RCU与读写锁混用风险：在RCU读端临界区中获取写锁、在写锁保护下调用synchronize_rcu()的典型死锁模式

RCU（Read-Copy-Update）与读写锁（rwlock）是内核中两种不同的同步机制，各自拥有独立的读者/写者语义。当开发者将两者在同一个代码路径中混合使用时，极易触发一种隐蔽且难以复现的死锁——RCU与读写锁交叉依赖死锁。本章深入剖析该死锁的触发条件、内核态调用栈特征以及工程排查方法。

4.1 死锁触发条件与核心矛盾

该死锁模式需要同时满足以下两个条件：

1. 条件A：在RCU读端临界区（rcu_read_lock() / rcu_read_unlock()）内部，尝试获取一个写锁（write_lock() / write_lock_irqsave()）。
2. 条件B：在另一个执行路径上，已经持有该写锁，然后调用synchronize_rcu()等待所有RCU读端临界区完成。

当条件A和条件B同时发生时，系统进入死锁：

• 持有写锁的CPU（CPU-A）调用synchronize_rcu()，阻塞等待所有RCU读者退出。
• 持有RCU读锁的CPU（CPU-B）尝试获取写锁，但写锁已被CPU-A持有，CPU-B阻塞。
• CPU-B因为阻塞在写锁上，无法退出RCU读端临界区，导致CPU-A的synchronize_rcu()永远无法完成。

4.2 死锁调用栈与资源依赖关系

下面通过一张SVG依赖图展示死锁发生时，两个CPU之间的资源循环等待关系：

4.3 典型代码模式与触发路径

以下代码片段展示了该死锁的典型触发模式。假设内核中存在一个全局读写锁 my_rwlock 和一个RCU保护的数据结构 my_data。

4.3.1 写锁路径（CPU-A）

/* 写锁路径：先获取写锁，再调用 synchronize_rcu() */
void update_data(void)
{
    write_lock(&my_rwlock);          /* 持有写锁 */
    /* ... 修改数据 ... */
    synchronize_rcu();               /* 等待所有RCU读者完成 — 死锁点 */
    /* ... 后续清理 ... */
    write_unlock(&my_rwlock);
}

4.3.2 RCU读路径（CPU-B）

/* RCU读路径：在RCU临界区内获取写锁 */
void read_and_write_data(void)
{
    rcu_read_lock();                 /* 进入RCU读端临界区 */
    /* ... 读取RCU保护的数据 ... */
    write_lock(&my_rwlock);          /* 尝试获取写锁 — 死锁点 */
    /* ... 在RCU临界区内执行写操作 ... */
    write_unlock(&my_rwlock);
    rcu_read_unlock();               /* 退出RCU读端临界区 */
}

4.4 死锁特征与排查方法

当系统因该模式死锁时，可以通过以下特征进行识别：

4.5 工程排查步骤

在工程实践中，建议按照以下步骤排查该死锁：

1. 触发SysRq回溯：执行 echo l > /proc/sysrq-trigger 或使用 sysrq+l 获取所有CPU的调用栈。
2. 识别关键栈帧：在栈回溯中搜索 synchronize_rcu 和 write_lock 关键字，确认是否存在交叉等待。
3. 启用Lockdep：在内核启动参数中添加 lockdep=1，复现死锁时查看 /sys/kernel/debug/locking/lockdep 报告。
4. 分析RCU宽限期：通过 /proc/rcu_sched 或 /proc/rcu_preempt 检查宽限期是否停滞，以及哪些CPU尚未完成宽限期。
5. 代码审查：重点审查所有在RCU读端临界区内获取写锁的代码路径，以及所有在持有写锁时调用 synchronize_rcu() 的代码路径。

4.6 修复策略与最佳实践

针对该死锁模式，有以下几种修复策略：

下面通过一张SVG流程图展示策略A（异步化）的修复效果：

4.7 总结与避坑清单

RCU与读写锁混用死锁是驱动开发中较为隐蔽的并发问题。以下是需要牢记的避坑清单：

• ❌ 禁止：在 rcu_read_lock() / rcu_read_lock_bh() 保护的临界区内调用 write_lock()、write_trylock() 或任何可能睡眠的写锁变体。
• ❌ 禁止：在持有写锁（write_lock 系列）的代码路径中调用 synchronize_rcu()、synchronize_rcu_expedited() 或 synchronize_sched()。
• ✅ 推荐：在RCU临界区内需要写保护时，优先使用 spin_lock 或 raw_spin_lock 替代读写锁。
• ✅ 推荐：如果必须使用 synchronize_rcu()，确保调用时没有持有任何写锁，或者将同步操作移到写锁释放之后。
• ✅ 推荐：在开发阶段始终开启 CONFIG_PROVE_LOCKING（Lockdep），它能在死锁发生前通过 splat 警告提前暴露问题。