Linux rseq：不用鎖的 Per-CPU 資料結構，比 mutex sharding 快 43 倍
justine.lol · 2026-05-31
Justine Tunney 深入剖析 Linux 4.18（2018 年）引入的 Restartable Sequences（rseq）系統呼叫，並以 hit counter 和 per-CPU freelist 為具體實作示範，展示在 128 核心 ARM 與 96 核心 x86 上分別比 mutex sharding 快 34× 和 43× 的效能數字。rseq 的核心思路是讓 kernel 主動偵測並中止臨界區段，而非用鎖來阻止競爭，適用於高核心數系統上的並行計數器、記憶體池等低延遲場景。
核心機制
每個執行緒在啟動時呼叫 rseq()，向 kernel 登記一塊 32-byte 的 TLS 區域。Kernel 持續把當前 CPU 編號寫入此區域，讓執行緒得以讀取自己在哪顆 CPU 上執行，進而操作對應的 per-CPU 資料，無需任何跨 CPU 同步。
臨界區段以 rseq_cs 結構描述符標記。Kernel 在搶佔前檢查 program counter 是否落在已登記的指令範圍內；若是，則強制跳至 abort handler 重試，整個過程等同於「如果被打斷就從頭來過」的無鎖語意。
void rseq_increment(struct PerCpuCounter *counters) {
int cpu;
retry:
cpu = __rseq_abi.cpu_id; // 讀取當前 CPU
RSEQ_CS_START // 登記臨界區段
counters[cpu].value++; // per-CPU 操作，無競爭
RSEQ_CS_END
return;
abort:
goto retry;
}效能數字
在 128 核心 ARM 上，原本需要 128-way sharded mutex 的 counter，改用 rseq 後 CPU time 從 3.2ms 降至 0.094ms（34×）；96 核心 x86 上為 4.5ms → 0.105ms（43×）。差距來自 mutex sharding 仍需跨 cache line 的 atomic CAS，而 rseq 完全避開共享記憶體競爭。
per-CPU freelist 實作
文章也提供可直接使用的 per-CPU freelist，用來取代 tcmalloc 等分配器的 per-thread cache。由於操作只涉及單一 CPU 的 head pointer，不需要任何 CAS。Dequeue 失敗時回退到全域鎖保護的 slab，代價遠低於每次都競爭同一鎖。
限制
rseq 目前為 Linux 專屬，臨界區段必須以手寫組語或 compiler intrinsic 實作（GCC/LLVM 尚無自動生成支援）。作者預期 allocator 和標準函式庫會逐步整合此機制，尤其在 ARM 伺服器市場滲透率增加、core count 持續增長使傳統 mutex sharding 的 cache coherence 開銷更加顯著的趨勢下。
原始來源：justine.lol/rseq
AV2 v1.0.0 規格正式發布：AV1 後繼者支援 AR/VR 與分割螢幕傳輸
Alliance for Open Media · 2026-05-28
Alliance for Open Media（AOMedia）於 2026 年 5 月 28 日發布 AV2 規格 v1.0.0，同步釋出參考軟體 AVM（AV2 Video Model）。AV2 是 AV1 的後繼開放無版權費視訊編解碼器，由 Google、Apple、Meta、Microsoft、Amazon、Netflix、Cisco 等成員共同開發，以改善 AR/VR 視訊、分割螢幕多節目傳輸（split-screen delivery）、螢幕內容壓縮效率為主要目標。
規格重點
AV2 在 AV1 的熵編碼、預測、轉換框架上延伸，加入針對現代使用場景的工具：
- AR/VR 增強支援：改善 360° 等距矩形（equirectangular）與全景投影格式的率失真效率
- 分割螢幕傳輸：單一位元流可攜帶多個獨立節目，播放端可依需求只解碼其中一部分，降低多訊號串流的頻寬需求
- 螢幕內容工具：改良調色板模式（palette mode）與雜湊型幀內複製（intra block copy hash），對混合圖文、UI 截圖等高頻場景提升壓縮率
- 擴大品質範圍：量化參數範圍延伸，既能表達 near-lossless 存檔品質，也能在極低位元率下維持可用品質
與 AV1 及 H.266 的定位
AOMedia 目標是讓 AV2 達到比 AV1 再提升 30–40% 的壓縮效率，與 H.266/VVC 競爭，同時維持完全免版稅授權。目前 AVM 參考軟體的編碼速度遠低於 libaom 初版，實際硬體加速支援需等待主要晶片廠商（Intel、Qualcomm、Arm）納入 IP，預估 2027–2028 年才會在消費級裝置上普及。
規格文件與參考實作
AV2 v1.0.0 規格文件、AVM 原始碼及測試媒體均發布於 https://av2.aomedia.org/。AVM 基於 libaom 架構，以 C/C++ 撰寫，支援 Linux/macOS/Windows 建置。目前建議僅用於研究與合規性測試，不適用於生產串流環境。Netflix、YouTube 等已大規模部署 AV1 的平台預計成為 AV2 的早期採用者。