シークロック

seqlock (シーケンス ロックの略)は、 Linuxで使用される特別なロックメカニズムで、2 つの並列オペレーティング システムルーチン間で共有変数の高速書き込みをサポートします。バージョン 2.5.59 でセマンティクスが安定化し、2.6.x 安定カーネル シリーズに含まれています。seqlock は Stephen Hemminger によって開発され、Andrea Arcangeli による以前の研究に基づいて、当初は frlocks と呼ばれていました。最初の実装は、実際のロックを使用できないユーザー空間と同期する必要があった x86-64 タイム コードでした。

これは、ライターの枯渇の問題を回避する、リーダーとライターの一貫性のあるメカニズムです。 seqlock は、ロックに加えて、シーケンス番号を保存するためのストレージで構成されます。 ロックは 2 つのライター間の同期をサポートするためのもので、カウンターはリーダーの一貫性を示すためのものです。 ライターは、共有データを更新するだけでなく、ロックを取得した後とロックを解放する前の両方でシーケンス番号を増分します。 リーダーは、共有データを読み取る前と後にシーケンス番号を読み取ります。 どちらかの場合にシーケンス番号が奇数である場合は、データの読み取り中にライターがロックを取得し、変更された可能性があります。 シーケンス番号が異なる場合は、ライターが読み取り中にデータを変更しています。 どちらの場合も、リーダーは前後で同じ偶数のシーケンス番号を読み取るまで、単純に (ループを使用して) 再試行します。

リーダーがブロックすることはありませんが、書き込みが進行中の場合は再試行が必要になることがあります。データが変更されていない場合は、従来の読み取り/書き込みロックのようにロックを取得する必要がないため、リーダーの速度が向上します。また、ライターはリーダーを待ちませんが、従来の読み取り/書き込みロックでは待つ必要があるため、多数のリーダーがいる状況ではリソース不足が発生する可能性があります (ライターはリーダーがいなくなるまで待たなければならないため)。これら 2 つの要因により、リーダーが多くライターが少ない状況では、seqlocks は従来の読み取り/書き込みロックよりも効率的です。欠点は、書き込みアクティビティが多すぎる場合やリーダーが遅すぎる場合に、ライブロックが発生する可能性がある (そしてリーダーがリソース不足になる可能性がある) ことです。

この手法はポインターを含むデータには機能しません。なぜなら、どの書き込み側も、読み取り側が既にたどったポインターを無効にする可能性があるからです。指し示されているメモリ ブロックを更新することはseqlocks を使用しても問題ありませんが、ポインター自体を更新することはできません。ポインター自体を更新または変更する必要がある場合は、読み取り、コピー、更新の同期を使用することをお勧めします。

これは、最初にシステム時間カウンタの更新に適用されました。各時間割り込みは、その日の時刻を更新します。オペレーティング システムの内部使用とアプリケーションでは、時間の読み取りが多数ある可能性がありますが、書き込みは比較的まれで、一度に 1 つだけ発生します。たとえば、BSD のタイムカウンタ コードでは、同様の手法が使用されているようです。

時間カウンターに seqlocks を使用する場合の微妙な問題の 1 つは、デバッガーでステップ実行できないことです。デバッガーは読み取り競合が常に発生するほど遅いため、再試行ロジックが常にトリガーされます。

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