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linux内核priority search tree详解--->王者归来,先发一篇狠的 [复制链接]

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发表于 2011-04-24 00:44 |只看该作者 |倒序浏览
本帖最后由 cluter 于 2011-04-24 00:49 编辑

忙了好久,总有有时间看内核,最近研究下了LINUX内核“页面回收”时候采用的PST树算法。
            
           PST是 radix tree和heap tree的综合体。而且LINUX的实现和传统的算法还不一样,甚是花了不少时间啊。废话少说了,先上图。



下面是插入操作:还是先上图再帖代码





struct prio_tree_node *prio_tree_insert(struct prio_tree_root *root,struct prio_tree_node *node)
{
                获取insert_node的radix和heap
        get_index(root, node, &radix_index, &heap_index);
               
                1 如果树是空
           2 要insert_node的heap大于root的maxindex,则要先"扩展"树
        if (prio_tree_empty(root) ||heap_index > prio_tree_maxindex(root->index_bits))
                return prio_tree_expand(root, node, heap_index);
               
                从root节点开始比较
        cur = root->prio_tree_node;
                获取mask掩码
        mask = 1UL << (root->index_bits - 1);

        while (mask) {
                                获取cur_node的radix和heap
                get_index(root, cur, &r_index, &h_index);
                                
                                如果insert_node已经存在,则直接返回当前node
                if (r_index == radix_index && h_index == heap_index)
                        return cur;
                                
                                1 cur_node->heap < insert_node->heap
                                2 cur_node->heap == insert_node->heap&&cur_node->radix > insert_node->radix,则交互两个节点
                                if (h_index < heap_index ||(h_index == heap_index && r_index > radix_index))
                                {
                        struct prio_tree_node *tmp = node;
                                                
                                                交换insert_node和cur_node
                        注意:insert_node已经变成cur_node
                                                node = prio_tree_replace(root, cur, node);
                                                
                                                让cur指针指向已经插入的node节点
                        cur = tmp;
                                                
                        /* 交换radix和heap的值*/
                        index = r_index;
                        r_index = radix_index;
                        radix_index = index;
                        index = h_index;
                        h_index = heap_index;
                        heap_index = index;
                }
                                
                                获取radix
                if (size_flag)
                        index = heap_index - radix_index;
                else
                        index = radix_index;
                                
                                radix和mask&操作,决定insert_node插入left还是right
                if (index & mask)
                                {              
                                                如果right==NULL则直接插入,否则继续比较
                        if (prio_tree_right_empty(cur))
                                                {
                                INIT_PRIO_TREE_NODE(node);
                                cur->right = node;
                                node->parent = cur;
                                return res;
                        } else
                                cur = cur->right;
                }
                                else
                                {            
                                               如果left==NULL直接插入,否则继续比较
                        if (prio_tree_left_empty(cur))
                                               {
                                INIT_PRIO_TREE_NODE(node);
                                cur->left = node;
                                node->parent = cur;
                                return res;
                        } else
                                cur = cur->left;
                }
                                
                                mask移位,进行下一位的比较操作
                mask >>= 1;

                if (!mask) {
                                                如果mask已经到了最低位,则开始利用size进行比较
                        mask = 1UL << (BITS_PER_LONG - 1);
                        size_flag = 1;
                }
        }
        /* Should not reach here */
        BUG();
        return NULL;
}


删除操作:



//算法核心:删除一个node,用其heap index比较大的child node来循环替代就OK了。
void prio_tree_remove(struct prio_tree_root *root, struct prio_tree_node *node)
{
        struct prio_tree_node *cur;
        unsigned long r_index, h_index_right, h_index_left;

        cur = node;
       //找到叶子结点,找到替换的路径path
        while (!prio_tree_left_empty(cur) || !prio_tree_right_empty(cur)) {
                if (!prio_tree_left_empty(cur))
                        get_index(root, cur->left, &r_index, &h_index_left);
                else {
                        cur = cur->right;
                        continue;
                }

                if (!prio_tree_right_empty(cur))
                        get_index(root, cur->right, &r_index, &h_index_right);
                else {
                        cur = cur->left;
                        continue;
                }

                /* both h_index_left and h_index_right cannot be 0 */
                //找heap_index大的孩子结点
                if (h_index_left >= h_index_right)
                        cur = cur->left;
                else
                        cur = cur->right;
        }
       //如果当前结点是root,则重新初始化下root node
        if (prio_tree_root(cur)) {
                BUG_ON(root->prio_tree_node != cur);
                __INIT_PRIO_TREE_ROOT(root, root->raw);
                return;
        }
        //删除当前结点
        if (cur->parent->right == cur)
                cur->parent->right = cur->parent;
        else
                cur->parent->left = cur->parent;
        //循环向上替代parent结点
        while (cur != node)
                cur = prio_tree_replace(root, cur->parent, cur);
}

扩展操作:





static struct prio_tree_node *prio_tree_expand(struct prio_tree_root *root,struct prio_tree_node *node, unsigned long max_heap_index)
{
        struct prio_tree_node *first = NULL, *prev, *last = NULL;
               
                首先扩展下index_bits,如果不进入while循环,可直接把insert_node当做root节点。
        if (max_heap_index > prio_tree_maxindex(root->index_bits))
                root->index_bits++;
               
                核心思想:
           1 循环删除原来的root_node,然后插入到insert_node的left左子树上
           2 如果原来的tree最后还是非空,则把整个树插入到新的树的left左子树上

        while (max_heap_index > prio_tree_maxindex(root->index_bits)) {
                root->index_bits++;

                if (prio_tree_empty(root))
                        continue;

                if (first == NULL) {
                        first = root->prio_tree_node;
                        prio_tree_remove(root, root->prio_tree_node);
                        INIT_PRIO_TREE_NODE(first);
                        last = first;
                } else {
                                                此时last=first,而first是树第一个被删除的root_node   
                        prev = last;

                                                先删除root_node
                        last = root->prio_tree_node;
                        prio_tree_remove(root, root->prio_tree_node);

                                                然后把root_node插入prev_node的左子树上
                        INIT_PRIO_TREE_NODE(last);
                        prev->left = last;
                        last->parent = prev;
                }
        }

        INIT_PRIO_TREE_NODE(node);
               
                【first,last】是原先tree的被删除的跟节点集合,并且以left指针相连
           1 然后first挂在node的left子树上
           2 原来的tree挂在last的left子树上
           
           操作1
        if (first) {
                node->left = first;
                first->parent = node;
        } else
                last = node;
           
           操作2
                如果此时树还是非空的,则把树的剩余部分挂在last的左子树上
        if (!prio_tree_empty(root)) {
                last->left = root->prio_tree_node;
                last->left->parent = last;
        }
               
                更新root节点
        root->prio_tree_node = node;
        return node;
}


图和代码稍微有点不一样,就是 被删除的跟节点先自己用LEFT指针 组合成LIST
然后在 NODE->LEFT=LIST.HEAD
          LIST.HEAD->LEFT=remain_TREE

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发表于 2011-04-24 00:45 |只看该作者
图非常大,所以下载下来在电脑上结合代码看比较清晰。。。。。。

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摩羯座
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发表于 2011-04-24 08:32 |只看该作者
如果我是版主,我会给楼主精华,

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发表于 2011-04-24 08:45 |只看该作者
不错哦!顶一下!

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发表于 2011-04-24 10:48 |只看该作者
支持楼主!

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发表于 2011-04-24 19:14 |只看该作者
回复 3# T-Bagwell


    谢谢:wink:

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发表于 2011-04-24 19:43 |只看该作者
本帖最后由 amarant 于 2011-04-24 19:44 编辑

图太大了。。。缓冲了半天。。。。。。。。。。。。
标题中的王者归来是什么意思呀,应该是爱因斯坦归来  哈哈

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发表于 2011-04-24 19:46 |只看该作者
回复 7# amarant


    怕不清晰,影响阅读。。。。

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发表于 2011-04-24 19:50 |只看该作者
lz很强啊。收藏了,留着以后仔细读下

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发表于 2011-04-25 18:01 |只看该作者
回复  amarant


    怕不清晰,影响阅读。。。。
cluter 发表于 2011-04-24 19:46


多谢 LZ 的分享
可以考虑把图片搞成附件。

这样打开页面确实比较慢
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