Linux中基数树的初始化
初始化基数树radix_tree_init
void __init radix_tree_init(void)
{radix_tree_node_cachep = kmem_cache_create("radix_tree_node",sizeof(struct radix_tree_node), 0,SLAB_PANIC, radix_tree_node_ctor, NULL);radix_tree_init_maxindex();hotcpu_notifier(radix_tree_callback, 0);
}
static void
radix_tree_node_ctor(void *node, kmem_cache_t *cachep, unsigned long flags)
{memset(node, 0, sizeof(struct radix_tree_node));
}
函数整体功能
这个函数用于初始化 Linux 内核中的基数树(radix tree)子系统，创建内存缓存池、初始化最大索引值，并注册 CPU 热插拔通知器
代码分段详解
第一段：创建内存缓存池
radix_tree_node_cachep = kmem_cache_create("radix_tree_node",sizeof(struct radix_tree_node), 0,SLAB_PANIC, radix_tree_node_ctor, NULL);
详细解释：
kmem_cache_create(): 内核函数，创建专用的内存对象缓存池"radix_tree_node": 缓存池的名称，用于调试和识别sizeof(struct radix_tree_node): 每个对象的大小，即基数树节点的大小0: 对齐参数，0表示使用默认对齐SLAB_PANIC: 标志位，如果内存分配失败则系统panicradix_tree_node_ctor: 构造函数指针，创建对象时自动调用NULL: 析构函数，这里不需要radix_tree_node_cachep: 全局变量，保存创建的缓存池指针
作用： 为基数树节点创建专用的内存缓存，提高内存分配效率。
第二段：初始化最大索引值
radix_tree_init_maxindex();
详细解释：
- 调用
radix_tree_init_maxindex()函数 - 该函数内部会计算并设置每个高度(level)能存储的最大索引值
- 根据树的深度和每个节点的槽位数(RADIX_TREE_MAP_SIZE)计算
- 结果存储在全局数组
height_to_maxindex[]中
作用： 预计算不同树高度对应的最大键值，用于后续的边界检查。
第三段：注册CPU热插拔通知
hotcpu_notifier(radix_tree_callback, 0);
详细解释：
hotcpu_notifier(): 注册CPU热插拔事件的通知器radix_tree_callback: 回调函数，当CPU状态变化时被调用0: 优先级，0表示默认优先级
作用： 确保在多CPU环境下，当CPU被热添加或移除时，基数树能够正确地进行内存管理和状态同步
构造函数详解
static void
radix_tree_node_ctor(void *node, kmem_cache_t *cachep, unsigned long flags)
{memset(node, 0, sizeof(struct radix_tree_node));
}
详细解释：
radix_tree_node_ctor: 构造函数名称void *node: 新分配的内存对象指针kmem_cache_t *cachep: 所属的缓存池unsigned long flags: 分配标志memset(node, 0, sizeof(struct radix_tree_node)): 将新节点内存清零
作用： 确保每个新分配的基数树节点初始状态为全零，避免未初始化内存带来的问题
预计算基数树在不同高度的最大索引值radix_tree_init_maxindex
static __init unsigned long __maxindex(unsigned int height)
{unsigned int tmp = height * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;unsigned long index = (~0UL >> (RADIX_TREE_INDEX_BITS - tmp - 1)) >> 1;if (tmp >= RADIX_TREE_INDEX_BITS)index = ~0UL;return index;
}
static __init void radix_tree_init_maxindex(void)
{unsigned int i;for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(height_to_maxindex); i++)height_to_maxindex[i] = __maxindex(i);
}
函数整体功能
这两个函数用于预计算基数树在不同高度(level)下能够存储的最大索引值，并将结果存储在全局数组中供后续使用
__maxindex 函数详解
函数定义
static __init unsigned long __maxindex(unsigned int height)
static: 限制函数作用域在当前文件__init: 表示这是初始化函数，内核启动后会被释放unsigned long: 返回值类型，64位系统上是64位无符号整数height: 参数，表示基数树的高度
第一段：计算位移量
unsigned int tmp = height * RADIX_TREE_MAP_SHIFT;
详细解释：
RADIX_TREE_MAP_SHIFT: 通常为6（因为 2^6 = 64，每个节点有64个槽位）height: 树的高度，从0开始tmp: 计算该高度下总共可以表示的比特位数- 示例： 如果高度为2，则
tmp = 2 * 6 = 12，表示可以索引 2^12 = 4096 个元素
第二段：计算最大索引值
unsigned long index = (~0UL >> (RADIX_TREE_INDEX_BITS - tmp - 1)) >> 1;
这是最复杂的部分，分解解释：
-
~0UL:- 将所有位设为1的unsigned long值
-
RADIX_TREE_INDEX_BITS:- 通常32（在32位系统上）
- 表示索引的最大比特位数
-
(RADIX_TREE_INDEX_BITS - tmp - 1):- 计算需要右移的位数
- 减1是为了避免溢出
-
(~0UL >> (RADIX_TREE_INDEX_BITS - tmp - 1)):- 通过右移创建一个掩码
- 示例： 如果
tmp=12，则右移 32-12-1 = 19位
-
>> 1:- 再右移1位，确保索引值正确
实际效果： 创建一个具有 tmp 个有效位的最大数值，计算在给定高度下，基数树可以寻址的总比特位数
为什么不直接通过(1 << tmp) - 1实现？
- 原因：当
tmp=32时，1 << 32在32位系统上会溢出（因为只能左移0-31位），在64为系统上同理
为什么要-1再>>1，不能直接右移(RADIX_TREE_INDEX_BITS - tmp)吗？
- 原因：当
tmp=0 时，我们想要最大索引为0（因为高度为0不能存储任何元素），如果直接用~0UL >> (64 - 0)是未定义行为
第三段：边界检查
if (tmp >= RADIX_TREE_INDEX_BITS)index = ~0UL;
详细解释：
- 如果计算的比特位数
tmp大于等于最大索引比特数 - 说明这个高度可以表示所有可能的索引值
- 直接将最大索引设为全1（最大值）
- 防止情况： 当高度足够大时，避免计算错误
radix_tree_init_maxindex 函数详解
函数定义
static __init void radix_tree_init_maxindex(void)
void: 无返回值- 初始化函数，在内核启动时调用
循环初始化数组
unsigned int i;for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(height_to_maxindex); i++)height_to_maxindex[i] = __maxindex(i);
详细解释：
height_to_maxindex[]: 全局数组，存储每个高度对应的最大索引ARRAY_SIZE(): 宏，计算数组大小- 循环遍历所有可能的高度
- 对每个高度
i，调用__maxindex(i)计算最大索引值 - 将结果存储在全局数组的对应位置
清理基数树预分配节点缓存radix_tree_callback
#ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
static int radix_tree_callback(struct notifier_block *nfb,unsigned long action,void *hcpu)
{int cpu = (long)hcpu;struct radix_tree_preload *rtp;/* Free per-cpu pool of perloaded nodes */if (action == CPU_DEAD) {rtp = &per_cpu(radix_tree_preloads, cpu);while (rtp->nr) {kmem_cache_free(radix_tree_node_cachep,rtp->nodes[rtp->nr-1]);rtp->nodes[rtp->nr-1] = NULL;rtp->nr--;}}return NOTIFY_OK;
}
#endif /* CONFIG_HOTPLUG_CPU */
函数整体功能
这是一个CPU热插拔回调函数，当CPU被移除时，负责清理该CPU的基数树预分配节点缓存，防止内存泄漏。、
代码分段详解
第一段：条件编译和函数定义
#ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
static int radix_tree_callback(struct notifier_block *nfb,unsigned long action,void *hcpu)
详细解释：
#ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU: 条件编译，只有在内核配置支持CPU热插拔时才编译此代码static int: 静态函数，返回整型状态码struct notifier_block *nfb: 通知块指针，标识哪个通知器被调用unsigned long action: 动作类型，表示发生了什么事件（CPU上线、下线等）void *hcpu: 泛型指针，指向相关的CPU编号
第二段：获取CPU编号
{int cpu = (long)hcpu;
详细解释：
int cpu = (long)hcpu: 将泛型指针转换为long类型，再赋给cpu变量hcpu参数实际上包含的是CPU的编号- 这种转换是Linux内核通知链的标准做法
- 作用： 获取事件相关的具体CPU编号
第三段：声明变量
struct radix_tree_preload *rtp;
详细解释：
struct radix_tree_preload *rtp: 声明指向基数树预加载结构的指针radix_tree_preload结构通常包含预分配节点数组和计数- 这个结构是per-CPU的，每个CPU有自己的实例
第四段：检查CPU死亡事件
/* Free per-cpu pool of perloaded nodes */if (action == CPU_DEAD) {
详细解释：
- 释放每个CPU的预加载节点池
action == CPU_DEAD: 检查是否是CPU死亡（被移除）事件CPU_DEAD是预定义常量，表示CPU已经完全下线- 作用： 只处理CPU移除事件，忽略其他事件（如CPU上线）
第五段：获取per-CPU数据
rtp = &per_cpu(radix_tree_preloads, cpu);
详细解释：
per_cpu(radix_tree_preloads, cpu): 获取指定CPU的预加载数据结构radix_tree_preloads: 全局per-CPU变量名cpu: 目标CPU编号&: 取地址，得到指向该CPU数据结构的指针- 作用： 定位到要被移除的CPU的专用数据结构
第六段：循环释放预分配节点
while (rtp->nr) {kmem_cache_free(radix_tree_node_cachep,rtp->nodes[rtp->nr-1]);rtp->nodes[rtp->nr-1] = NULL;rtp->nr--;}
第一行：循环条件
while (rtp->nr) {
rtp->nr: 预分配节点的数量计数器- 循环继续条件：当还有预分配节点时（nr > 0）
第二行：释放节点内存
kmem_cache_free(radix_tree_node_cachep, rtp->nodes[rtp->nr-1]);
kmem_cache_free(): 释放对象回缓存池radix_tree_node_cachep: 全局基数树节点缓存池rtp->nodes[rtp->nr-1]: 节点数组的最后一个元素（因为nr是计数，索引从0开始）- 作用： 将节点内存归还给缓存池
第三行：清空指针
rtp->nodes[rtp->nr-1] = NULL;
- 将数组中的指针设为NULL，防止悬空指针
- 这是良好的编程实践，避免后续误用
第四行：递减计数器
rtp->nr--;
- 减少预分配节点计数
- 为处理下一个节点做准备
第七段：返回成功状态
}return NOTIFY_OK;
}
#endif /* CONFIG_HOTPLUG_CPU */
详细解释：
return NOTIFY_OK: 返回通知处理成功状态NOTIFY_OK是预定义常量，表示通知已正确处理#endif: 结束条件编译块