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Linux内核设计与实现 - 第6章 内核数据结构

目录

    • 1. 链表 (Linked Lists)
    • 2. 队列 (Queues)
    • 3. 映射 (Maps)
    • 4. 二叉树 (Binary Trees)
    • 5. 位图 (Bitmaps)
    • 6. 其他数据结构
    • 性能考量

在这里插入图片描述

1. 链表 (Linked Lists)

  • 单向链表 vs 双向链表
    • struct list_head 标准实现
    • 内核链表API:LIST_HEAD(), list_add(), list_del()
  • 环形链表
    • 通过list_head自动形成环状结构
  • 安全考虑
    • 并发访问保护(自旋锁/RCU)

2. 队列 (Queues)

  • kfifo实现
    • 无锁环形缓冲区
    • 生产者-消费者模型
  • API示例
    DECLARE_KFIFO(name, size);
    kfifo_put(fifo, data);
    kfifo_get(fifo, &data);
    

3. 映射 (Maps)

  • IDR机制
    • 整数ID到指针的映射
    • 替代方案:XArray(新内核)
  • 红黑树
    • struct rb_root 实现
    • O(log n) 查找复杂度

4. 二叉树 (Binary Trees)

  • 红黑树特性
    • 自平衡二叉树
    • 内核实现:lib/rbtree.c
  • 使用场景
    • 虚拟内存区域管理
    • 调度器deadline队列

5. 位图 (Bitmaps)

  • 内核位操作
    • set_bit(), clear_bit()
    • 原子位操作版本
  • 应用场景
    • CPU掩码(cpumask)
    • 内存页管理

6. 其他数据结构

  • 哈希表
    • hlist_head 实现
    • 网络协议栈大量使用
  • 基数树(radix tree)
    • 页缓存核心数据结构
    • 已被XArray逐步替代

性能考量

  1. 缓存友好性(局部性原理)
  2. 锁粒度优化
  3. 内存预分配策略
  4. 算法复杂度分析
http://www.lryc.cn/news/593765.html

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