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[操作系统]浅析linux内核中的idr机制


idr在linux内核中指的就是整数ID管理机制,从本质上来说,这就是一种将整数ID号和特定指针关联在一起的机制。这个机制最早是在2003年2月加入内核的,当时是作为POSIX定时器的一个补丁。现在,在内核的很多地方都可以找到idr的身影。
idr机制适用在那些需要把某个整数和特定指针关联在一起的地方。举个例子,在I2C总线中,每个设备都有自己的地址,要想在总线上找到特定的设备,就必须要先发送该设备的地址。如果我们的PC是一个I2C总线上的主节点,那么要访问总线上的其他设备,首先要知道他们的ID号,同时要在pc的驱动程序中建立一个用于描述该设备的结构体。
此时,问题来了,我们怎么才能将这个设备的ID号和他的设备结构体联系起来呢?最简单的方法当然是通过数组进行索引,但如果ID号的范围很大(比如32位的ID号),则用数组索引显然不可能;第二种方法是用链表,但如果网络中实际存在的设备较多,则链表的查询效率会很低。遇到这种清况,我们就可以采用idr机制,该机制内部采用radix树实现,可以很方便地将整数和指针关联起来,并且具有很高的搜索效率。http://hovertree.com/menu/linux/
(1)获得idr
要在代码中使用idr,首先要包括<linux/idr.h>。接下来,我们要在代码中分配idr结构体,并初始化:
    void idr_init(struct idr *idp);
其中idr定义如下:
struct idr {    struct idr_layer *top;    struct idr_layer *id_free;    int        layers;    int        id_free_cnt;    spinlock_t    lock;};/* idr是idr机制的核心结构体 何问起 hovertree.com */


(2)为idr分配内存
int idr_pre_get(struct idr *idp, unsigned int gfp_mask);
每次通过idr获得ID号之前,需要先分配内存。
返回0表示错误,非零值代表正常
(3)分配ID号并将ID号和指针关联
int idr_get_new(struct idr *idp, void *ptr, int *id);
int idr_get_new_above(struct idr *idp, void *ptr, int start_id, int *id);
idp: 之前通过idr_init初始化的idr指针
id:  由内核自动分配的ID号
ptr: 和ID号相关联的指针
start_id: 起始ID号。内核在分配ID号时,会从start_id开始。如果为I2C节点分配ID号,可以将设备地址作为start_id
函数调用正常返回0,如果没有ID可以分配,则返回-ENOSPC
在实际中,上述函数常常采用如下方式使用:
again: if (idr_pre_get(&my_idr, GFP_KERNEL) == 0) {  /* No memory, give up entirely */ } spin_lock(&my_lock); result = idr_get_new(&my_idr, &target, &id); if (result == -EAGAIN) {  sigh();  spin_unlock(&my_lock);  goto again; }/* 何问起 hovertree.com */


(4)通过ID号搜索对应的指针
void *idr_find(struct idr *idp, int id);
返回值是和给定id相关联的指针,如果没有,则返回NULL
(5)删除ID
要删除一个ID,使用:
void idr_remove(struct idr *idp, int id);
通过上面这些方法,内核代码可以为子设备,inode生成对应的ID号。这些函数都定义在<linux-2.6.xx/lib/idr.c>中

下面,我们通过分析I2C协议的核心代码,来看一看idr机制的实际应用:
<linux-2.6.23/drivers/i2c/i2c-core.c>
...
<linux/idr.h>   /* idr头文件 */
...
static DEFINE_IDR(i2c_adapter_idr); /* 声明idr */
...
/* 
  采用动态总线号声明并注册一个i2c适配器(adapter),可睡眠
  针对总线号可动态指定的设备,如基于USB的i2c设备或pci卡
 */
int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *adapter)
{
        int     id, res = 0;
retry:
        if (idr_pre_get(&i2c_adapter_idr, GFP_KERNEL) == 0)
                return -ENOMEM;
        mutex_lock(&core_lists);
        /* __i2c_first_dynamic_bus_num是当前系统允许的动态总线号的最大值 */
        res = idr_get_new_above(&i2c_adapter_idr, adapter,                 __i2c_first_dynamic_bus_num, &id);
        mutex_unlock(&core_lists);
        if (res < 0) {
                if (res == -EAGAIN)
                        goto retry;
                return res;
        }
        adapter->nr = id;
        return i2c_register_adapter(adapter);
}
EXPORT_SYMBOL(i2c_add_adapter);

/* 
  采用静态总线号声明并注册一个i2c适配器(adapter)
 */
int i2c_add_numbered_adapter(struct i2c_adapter *adap)
{
        int     id;
        int     status;
        if (adap->nr & ~MAX_ID_MASK)
                return -EINVAL;
retry:
        if (idr_pre_get(&i2c_adapter_idr, GFP_KERNEL) == 0)
                return -ENOMEM;
        mutex_lock(&core_lists);
        /* "above" here means "above or equal to", sigh;
         * we need the "equal to" result to force the result
         */
        status = idr_get_new_above(&i2c_adapter_idr, adap, adap->nr, &id);
        if (status == 0 && id != adap->nr) {
                status = -EBUSY;
                idr_remove(&i2c_adapter_idr, id);
        }
        mutex_unlock(&core_lists);
        if (status == -EAGAIN)
                goto retry;
        if (status == 0)
                status = i2c_register_adapter(adap);
        return status;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(i2c_add_numbered_adapter);

/* 注销一个i2c适配器 */
int i2c_del_adapter(struct i2c_adapter *adap)
{
  ...
  /* free bus id */
  idr_remove(&i2c_adapter_idr, adap->nr);
  ...
  return res;
}
EXPORT_SYMBOL(i2c_del_adapter);

/* 通过ID号获得i2c_adapter设备结构体 */
struct i2c_adapter* i2c_get_adapter(int id)
{
        struct i2c_adapter *adapter;
        mutex_lock(&core_lists);
        adapter = (struct i2c_adapter *)idr_find(&i2c_adapter_idr, id);
        if (adapter && !try_module_get(adapter->owner))
                adapter = NULL;
        mutex_unlock(&core_lists);
        return adapter;
}
EXPORT_SYMBOL(i2c_get_adapter);
 
推荐:http://www.cnblogs.com/roucheng/p/3470287.html