浅析linux内核中的idr机制

阳光穿透心脏的1/2处 2022-04-16 00:55 262阅读 0赞

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**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。**

**(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 \*/**

**(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;  }

**(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);

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