Linux内核idr数据结构使用
Linux 内核的 idr（ID 映射）是一种用于将整数 ID 与指针（内核对象）关联的数据结构，核心功能是高效分配、查找、释放 ID，并通过 ID 快速定位对应的内核对象（如设备、会话、缓冲区等）。以下是其详细用法：
一、核心概念
idr 解决的问题：当需要用唯一整数 ID 标识动态创建的内核对象（如多个网卡实例、进程私有资源）时，idr 可自动分配不重复的 ID，并建立 ID 到对象指针的映射，方便通过 ID 快速访问对象。
二、使用步骤
1. 头文件与数据结构
需包含头文件 <linux/idr.h>，核心结构体为 struct idr：
#include <linux/idr.h>struct idr my_idr; // 定义一个 idr 实例2. 初始化与销毁
- 初始化：使用
idr_init()初始化idr结构（必须在使用前调用）。 - 销毁：使用
idr_destroy()释放资源（需确保所有 ID 已释放）。
// 初始化
idr_init(&my_idr);// 销毁（通常在模块退出时）
idr_destroy(&my_idr);3. ID 分配（关联对象）
idr 提供多种分配方式，分配时需指定要关联的对象指针：
| 函数原型 | 功能描述 |
|---|---|
int idr_alloc(struct idr *idr, void *ptr, int start, int end, gfp_t gfp) | 从 [start, end) 范围内分配最小可用 ID，关联到 ptr（start=0 表示从 0 开始，end=0 表示无上限）。 |
int idr_alloc_cyclic(struct idr *idr, void *ptr, int start, int end, gfp_t gfp) | 循环分配 ID（超过 end 后从 start 重新开始），适合需要循环利用 ID 的场景。 |
- 参数说明：
ptr：要关联的内核对象指针（如struct my_device *）。gfp：内存分配标志（GFP_KERNEL允许睡眠，GFP_ATOMIC用于中断上下文）。- 返回值：成功返回分配的 ID（非负整数），失败返回负数（
-ENOMEM内存不足，-ENOSPC无可用 ID）。
4. 通过 ID 查找对象
使用 idr_find() 根据 ID 查找关联的对象指针，支持无锁并发读（依赖 RCU 机制）：
void *idr_find(const struct idr *idr, unsigned int id);- 返回值：成功返回关联的指针，失败返回
NULL（ID 未分配或已释放）。
5. 释放 ID 与解除关联
使用 idr_remove() 释放指定 ID，并解除与对象的关联（对象需手动释放）：
void idr_remove(struct idr *idr, unsigned int id);6. 迭代所有 ID 与对象
使用 idr_for_each() 遍历所有已分配的 ID 及其关联对象：
int idr_for_each(struct idr *idr, int (*fn)(int id, void *p, void *data), void *data);fn：回调函数，每个 ID 会触发一次调用（id为当前 ID，p为关联的指针，data为用户传入的参数）。- 返回值：回调函数返回非 0 时终止遍历，否则返回 0。
三、并发安全处理
idr 内部通过 RCU 和自旋锁保证并发安全：
- 读操作（
idr_find）：需在rcu_read_lock()/rcu_read_unlock()保护下执行（无锁，高效）。 - 写操作（分配 / 释放）：需通过自旋锁保护（避免并发修改）。
#include <linux/spinlock.h>
#include <linux/rculist.h>static DEFINE_SPINLOCK(idr_lock); // 保护写操作的自旋锁// 分配 ID 并关联对象（带锁）
int alloc_id_and_obj(struct my_obj *obj) {int id;unsigned long flags;spin_lock_irqsave(&idr_lock, flags); // 加锁（禁止中断）id = idr_alloc(&my_idr, obj, 1, 0, GFP_ATOMIC); // 从 ID=1 开始分配spin_unlock_irqrestore(&idr_lock, flags); // 解锁return id;
}// 通过 ID 查找对象（无锁读）
struct my_obj *find_obj_by_id(int id) {struct my_obj *obj;rcu_read_lock(); // 进入 RCU 读临界区obj = idr_find(&my_idr, id);rcu_read_unlock(); // 退出读临界区return obj;
}// 释放 ID 与对象（带锁）
void free_id_and_obj(int id) {struct my_obj *obj;unsigned long flags;spin_lock_irqsave(&idr_lock, flags);obj = idr_find(&my_idr, id); // 先查找对象if (obj) {idr_remove(&my_idr, id); // 释放 IDkfree(obj); // 手动释放对象（idr 不管理对象内存）}spin_unlock_irqrestore(&idr_lock, flags);
}四、完整示例（模块中使用）
#include <linux/module.h>
#include <linux/idr.h>
#include <linux/spinlock.h>
#include <linux/slab.h>// 定义需要用 ID 标识的对象
struct my_obj {int value;
};static struct idr my_idr;
static DEFINE_SPINLOCK(idr_lock);// 遍历回调函数：打印 ID 和对象值
static int print_id_obj(int id, void *p, void *data) {struct my_obj *obj = p;printk("ID: %d, value: %d\n", id, obj->value);return 0; // 继续遍历
}static int __init idr_demo_init(void) {int id1, id2;struct my_obj *obj1, *obj2;// 初始化 IDRidr_init(&my_idr);// 创建对象obj1 = kzalloc(sizeof(*obj1), GFP_KERNEL);obj2 = kzalloc(sizeof(*obj2), GFP_KERNEL);if (!obj1 || !obj2)return -ENOMEM;obj1->value = 100;obj2->value = 200;// 分配 ID 并关联对象spin_lock_irq(&idr_lock);id1 = idr_alloc(&my_idr, obj1, 1, 0, GFP_ATOMIC);id2 = idr_alloc(&my_idr, obj2, 1, 0, GFP_ATOMIC);spin_unlock_irq(&idr_lock);printk("Allocated IDs: %d, %d\n", id1, id2);// 遍历所有 ID 和对象idr_for_each(&my_idr, print_id_obj, NULL);return 0;
}static void __exit idr_demo_exit(void) {// 释放 ID 和对象（简化示例，实际需保存 id1、id2）spin_lock_irq(&idr_lock);idr_remove(&my_idr, id1);idr_remove(&my_idr, id2);kfree(idr_find(&my_idr, id1)); // 假设退出前仍能找到对象kfree(idr_find(&my_idr, id2));spin_unlock_irq(&idr_lock);// 销毁 IDRidr_destroy(&my_idr);printk("IDR demo exited\n");
}module_init(idr_demo_init);
module_exit(idr_demo_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");