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正如你所知道的， Linux 內(nèi)核通過(guò)許多不同庫(kù)以及函數(shù)提供各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及算法。這個(gè)部分我們將介紹其中一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Radix tree。Linux 內(nèi)核中有兩個(gè)文件與 radix tree 的實(shí)現(xiàn)和 API 相關(guān)：
include/linux/radix-tree.h
lib/radix-tree.c
首先說(shuō)明一下什么是 radix tree ，Radix tree 是一個(gè) 壓縮 trie， trie 是一種通過(guò)保存關(guān)聯(lián)數(shù)組（associative array）來(lái)提供 關(guān)鍵字-值（key-value） 存儲(chǔ)與查找的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。通常關(guān)鍵字是字符串，不過(guò)也可以是其他數(shù)據(jù)類(lèi)型。 Trie 結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)與 n-tree 不同，其節(jié)點(diǎn)中并不存儲(chǔ)關(guān)鍵字，取而代之的是存儲(chǔ)單個(gè)字符標(biāo)簽。關(guān)鍵字查找時(shí)，通過(guò)從樹(shù)的根開(kāi)始遍歷關(guān)鍵字相關(guān)的所有字符標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)，直至到達(dá)最終的葉子節(jié)點(diǎn)。下面是個(gè)例子：
+-----------+|||" "| | |+------+-----------+------+||||+----v------++-----v-----+|||||g||c| | | | |+-----------++-----------+||||+----v------++-----v-----+|||||o||a| | | | |+-----------++-----------+||+-----v-----+|||t| | |+-----------+
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+-----------+
||
|" "|
|?????????? |
+------+-----------+------+
||
||
+----v------++-----v-----+
||||
|g||c|
|?????????? |????????????|?????????? |
+-----------++-----------+
||
||
+----v------++-----v-----+
||||
|o||a|
|?????????? |????????????|?????????? |
+-----------++-----------+
|
|
+-----v-----+
||
|t|
|?????????? |
+-----------+
這個(gè)例子中，我們可以看到 trie所存儲(chǔ)的關(guān)鍵字信息 go 與 cat，壓縮 trie 或 radix tree 與 trie 所不同的是，對(duì)于只有一個(gè)孩子的中間節(jié)點(diǎn)將被壓縮。
Linux 內(nèi)核中的 Radix 樹(shù)將值映射為整型關(guān)鍵字，Radix 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義在 include/linux/radix-tree.h 文件中 :
C
struct radix_tree_root { unsigned int height; gfp_t gfp_mask; struct radix_tree_node __rcu *rnode;};
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struct radix_tree_root {
unsigned int????????????height;
gfp_t?????????????????? gfp_mask;
struct radix_tree_node??__rcu *rnode;
};
上面這個(gè)是 radix 樹(shù)的 root 節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)體，它包括三個(gè)成員：
height：從葉節(jié)點(diǎn)向上計(jì)算出的樹(shù)高度。
gfp_mask：內(nèi)存申請(qǐng)的標(biāo)識(shí)。
rnode：子節(jié)點(diǎn)指針。
這里首先要討論的結(jié)構(gòu)體成員是 gfp_mask :
Linux 底層的內(nèi)存申請(qǐng)接口需要提供一類(lèi)標(biāo)識(shí)（flag） – gfp_mask ，用于描述內(nèi)存申請(qǐng)的行為。這個(gè)以 GFP_ 前綴開(kāi)頭的內(nèi)存申請(qǐng)控制標(biāo)識(shí)主要包括，GFP_NOIO 禁止所有 IO 操作但允許睡眠等待內(nèi)存，__GFP_HIGHMEM 允許申請(qǐng)內(nèi)核的高端內(nèi)存，GFP_ATOMIC 高優(yōu)先級(jí)申請(qǐng)內(nèi)存且操作不允許被睡眠。
接下來(lái)說(shuō)的節(jié)結(jié)構(gòu)體成員是rnode：
C
struct radix_tree_node { unsigned int path; unsigned int count; union { struct { struct radix_tree_node *parent; void *private_data; }; struct rcu_head rcu_head; }; /* For tree user */ struct list_head private_list; void __rcu *slots[RADIX_TREE_MAP_SIZE]; unsigned long tags[RADIX_TREE_MAX_TAGS][RADIX_TREE_TAG_LONGS];};
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struct radix_tree_node {
unsigned int????path;
unsigned int????count;
union {
struct {
struct radix_tree_node *parent;
void *private_data;
};
struct rcu_head rcu_head;
};
/* For tree user */
struct list_head private_list;
void __rcu??????*slots[RADIX_TREE_MAP_SIZE];
unsigned long?? tags[RADIX_TREE_MAX_TAGS][RADIX_TREE_TAG_LONGS];
};
這個(gè)結(jié)構(gòu)體中包括這幾個(gè)內(nèi)容，節(jié)點(diǎn)與父節(jié)點(diǎn)的偏移以及到樹(shù)底端的高度、子節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)、節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)域，具體描述如下：
path：與父節(jié)點(diǎn)的偏移以及到樹(shù)底端的高度
count：子節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。
parent：父節(jié)點(diǎn)的指針。
private_data：存儲(chǔ)數(shù)據(jù)內(nèi)容緩沖區(qū)。
rcu_head：用于節(jié)點(diǎn)釋放的 RCU 鏈表。
private_list – 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
結(jié)構(gòu)體 radix_tree_node 的最后兩個(gè)成員 tags 與 slots 是非常重要且需要特別注意的。每個(gè) Radix 樹(shù)節(jié)點(diǎn)都可以包括一個(gè)指向存儲(chǔ)數(shù)據(jù)指針的 slots 集合，空閑 slots 的指針指向 NULL。 Linux 內(nèi)核的 Radix 樹(shù)結(jié)構(gòu)體中還包含用于記錄節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)狀態(tài)的標(biāo)簽 tags 成員，標(biāo)簽通過(guò)位設(shè)置指示 Radix 樹(shù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)狀態(tài)。
至此，我們了解到 radix 樹(shù)的結(jié)構(gòu)，接下來(lái)看一下 radix 樹(shù)所提供的 API。
Linux 內(nèi)核 radix 樹(shù) API
我們從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的初始化開(kāi)始看，radix 樹(shù)支持兩種方式初始化。
第一個(gè)是使用宏 RADIX_TREE ：
C
RADIX_TREE(name, gfp_mask);
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RADIX_TREE(name, gfp_mask);
正如你看到，只需要提供 name 參數(shù)，就能夠使用 RADIX_TREE 宏完成 radix 的定義以及初始化，RADIX_TREE 宏的實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單：
C
#define RADIX_TREE(name, mask) struct radix_tree_root name = RADIX_TREE_INIT(mask)#define RADIX_TREE_INIT(mask) { .height = 0, .gfp_mask = (mask), .rnode = NULL, }
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#define RADIX_TREE(name, mask)
struct radix_tree_root name = RADIX_TREE_INIT(mask)
#define RADIX_TREE_INIT(mask)?? {
.height = 0,??????????????
.gfp_mask = (mask),??????
.rnode = NULL,????????????
}
RADIX_TREE 宏首先使用 name 定義了一個(gè) radix_tree_root 實(shí)例，并用 RADIX_TREE_INIT 宏帶參數(shù) mask 進(jìn)行初始化。宏 RADIX_TREE_INIT 將 radix_tree_root 初始化為默認(rèn)屬性，并將 gfp_mask 初始化為入?yún)?mask 。
第二種方式是手工定義 radix_tree_root 變量，之后再使用 mask 調(diào)用 INIT_RADIX_TREE 宏對(duì)變量進(jìn)行初始化。
C
struct radix_tree_root my_radix_tree;INIT_RADIX_TREE(my_tree, gfp_mask_for_my_radix_tree);
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struct radix_tree_root my_radix_tree;
INIT_RADIX_TREE(my_tree, gfp_mask_for_my_radix_tree);
INIT_RADIX_TREE 宏定義：
C
#define INIT_RADIX_TREE(root, mask) do { (root)->height = 0; (root)->gfp_mask = (mask); (root)->rnode = NULL; } while (0)
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#define INIT_RADIX_TREE(root, mask)??
do {????????????????????????????????
(root)->height = 0;??????????
(root)->gfp_mask = (mask);??
(root)->rnode = NULL;????????
} while (0)
宏 INIT_RADIX_TREE 所初始化的屬性與 RADIX_TREE_INIT 一致
接下來(lái)是 radix 樹(shù)的節(jié)點(diǎn)插入以及刪除，這兩個(gè)函數(shù)：
radix_tree_insert;
radix_tree_delete.
第一個(gè)函數(shù) radix_tree_insert 需要三個(gè)入?yún)ⅲ?/p>
radix 樹(shù) root 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)
索引關(guān)鍵字
需要插入存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)
第二個(gè)函數(shù) radix_tree_delete 除了不需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)參數(shù)外，其他與 radix_tree_insert 一致。
radix 樹(shù)的查找實(shí)現(xiàn)有以下幾個(gè)函數(shù)：
radix_tree_lookup;
radix_tree_gang_lookup;
radix_tree_lookup_slot;
第一個(gè)函數(shù) radix_tree_lookup 需要兩個(gè)參數(shù)：
radix 樹(shù) root 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)
索引關(guān)鍵字
這個(gè)函數(shù)通過(guò)給定的關(guān)鍵字查找 radix 樹(shù)，并返關(guān)鍵字所對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)。
第二個(gè)函數(shù) radix_tree_gang_lookup 具有以下特征：
C
unsigned int radix_tree_gang_lookup(struct radix_tree_root *root, void **results, unsigned long first_index, unsigned int max_items);
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unsigned int radix_tree_gang_lookup(struct radix_tree_root *root,
void **results,
unsigned long first_index,
unsigned int max_items);
函數(shù)返回查找到記錄的條目數(shù)，并根據(jù)關(guān)鍵字進(jìn)行排序，返回的總結(jié)點(diǎn)數(shù)不超過(guò)入?yún)?max_items 的大小。
最后一個(gè)函數(shù) radix_tree_lookup_slot 返回結(jié)點(diǎn) slot 中所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
鏈接
Radix tree
Trie
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工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論