探究Linux读写锁的递归特性 (linux 读写锁递归)
1. 前言
读写锁是Linux内核中一个非常重要的同步机制。在多线程编程中，通过加锁保证共享资源的同步访问能够满足线程之间的并发需求。读写锁作为一种特殊的锁机制，既能满足读多写少的场景，也能保证读锁与写锁之间的互斥，从而防止数据的竞争和错误。
本文旨在探讨Linux读写锁的递归特性，深入分析在同一线程内部对于读写锁的多次加锁和解锁操作，探讨它们之间的关联性，为读写锁的更深入理解提供帮助。
2. 读写锁的简介
在深入讨论读写锁的递归特性之前，我们有必要先简要了解读写锁的基本概念。
读写锁是一种特殊的线程同步机制，可以分为读锁和写锁两个状态。当一个线程拥有了读锁，其他线程可以继续获取读锁，但是不能获取写锁。而当一个线程拥有了写锁，其他线程则不能获取读锁或写锁。
在读写锁之下，读操作和写操作之间并不冲突，因此多个线程可以同时获取读锁，但只有一个线程可以获取写锁。多个线程之间用读锁读取共享数据，并没有互相之间的干扰，只有当出现写操作时，多个线程之间才需要排他性地互斥访问共享数据。
同时，读写锁相对于普通的互斥锁，具有一个非常重要的优势：读写锁支持并发读取，而互斥锁则需要线程依次排队，效率会受到严重影响。
3. 递归的概念
递归是指在一个函数内部调用自身的一种技术。也就是说，在程序代码中反复地调用自己的过程，直到处理完特定的任务。递归调用是一种重要的算法设计技术，在许多算法和数据结构中都有应用。
在递归调用过程中，每次调用会产生一个新的函数局部变量和一个新的函数执行环境。这个新的变量和环境必须要保证独立于调用该函数的其他环境。递归函数必须有合理的条件来终止递归的过程，否则程序会死循环。
诸如“stack overflow”的错误提示，就是因为递归的调用链太长，导致栈空间耗尽，程序在终止整个递归过程之前先抛出异常。
4. 读写锁的递归特性
Linux内核提供的读写锁，不仅支持普通的读锁和写锁之间的互斥操作，同时还支持锁的递归。也就是说，在同一线程中，可以重复地获取读锁或写锁，而不会造成死锁或其他不可预期的错误。当然，这种递归特性是有条件的，需要满足以下两个条件：
– 重复获取读锁或写锁的次数不能超过内核设置的极限值（通常为8次）。
– 内部加锁和解锁操作必须是完全匹配的，即获取锁的次数等于释放锁的次数。
在实际编写程序代码时，使用读写锁的递归特性需要非常小心，因为不正确的使用会导致死锁或其他难以排查的错误。在同一线程内重复加锁或解锁操作时，必须要非常仔细地考虑每一次操作所产生的副作用，确保每次操作都是符合逻辑的。
5. 递归特性的实现
在Linux内核中，读写锁的递归特性主要是通过一系列的内部状态和机制来实现的。具体来说，内核必须要记录下每个读写锁被哪些线程所持有，并实现不同线程之间锁的互斥操作。
为此，Linux内核使用了如下的实现机制：
– 通过spinlock_t类型的lock变量来实现锁的互斥保护。
– 通过读写锁的状态来区分读锁和写锁，同时记录当前锁被持有的次数。
– 通过wt_queue_head_t类型的队列来管理等待锁的线程，确保锁的有序释放和唤醒过程。
– 通过rcu_read_lock和rcu_read_unlock来实现读写锁的递归互斥操作（rcu_read_lock和rcu_read_unlock的实现工作原理与读写锁的递归原理类似）。
读写锁的递归特性通过上述机制的组合和配合，使得程序能够正确地管理锁的状态，保证了读写锁的内部递归互斥和外部竞争控制。
6. 递归特性的应用
在使用读写锁的时候，递归特性往往是一个非常有用的辅助工具。在某些特殊的情况下，适当地使用递归调用可以帮助程序更好地管理锁的状态和访问共享资源。
举个例子，假设我们有一个多线程的任务管理器，每个任务都有自己的状态和一些共享的信息。当不同线程需要同时访问同一个任务的时候，就需要对任务对象进行读锁或写锁的加锁操作，确保线程之间的同步访问。
但是，在某些特殊的情况下，可能会出现一个线程重复调用同一个任务的情况，如果不使用递归锁，在某些情况下会导致死锁，影响程序的稳定性和正确性。
通过使用递归锁，就可以在同一线程内重复加锁和解锁，而又不会影响其他线程的访问。这样就可以保证任务对象的访问过程是安全的、有序的，避免了线程之间的冲突和错误。
7.
在本文中，我们探究了Linux读写锁的递归特性，深入分析了在同一线程内对于读写锁的多次加锁和解锁操作，以及它们之间的关联性。同时我们还介绍了读写锁的基本概念、递归的概念，以及递归特性的实现和应用。
读写锁是一种非常重要的同步机制，具有良好的并发性和稳定性。我们可以利用它在多线程程序中进行资源的共享和竞争控制，提升程序的性能和可靠性。同时，递归锁也是一个非常有用的辅助工具，可以帮助我们更好地管理锁的状态和访问共享资源。
