【ARM 嵌入式 C 入门及渐进 4-- Linux 位图 bitmap】

文章目录

1.1 位图算法-bitmap
- 1.1.1 bitmap 使用场景示例
- 1.1.2 bitmap算法实现

1.1 位图算法-bitmap

位图算法，是指使用一个 bit 位来表示数据状态。
位图在 Linux 内核中大量使用。比如，位图可以用来存储系统在线/离线处理器，来支持CPU热插拔；再比如，位图在 Linux 内核等初始化过程中存储已分配的中断请求。

lib/bitmap.c
include/linux/bitmap.h

1.1.1 bitmap 使用场景示例

假设系统一共只有16个中断，这里以系统的 16 个中断号是否被分配的应用场景为例，假设用 16 个 bit 位，分别表示中断号 0-15。bit 位的值 表示该该中断号是否已经分配：

0 表示中断号没有分配；
1 表示中断号已经分配。

15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1

如上表所示，在该数据集合中，存在的可用的中断号为 8-15，0-7的中断号已经被分配了。

1.1.2 bitmap算法实现

#define LEN 16
#define CHAR_SIZE 8
typedef char BitSet[LEN/CHAR_SIZE];

为了简化问题，LEN 必须定义为 CHAR_SIZE 的倍数。

假设某个时候 中断号8 也需要分配出去使用，那么这个时候就需要对 bit8 进行置为(写1)，写入在某个bit位写入数据时：

首先通过整除，计算出该 bit 位在数组的哪个下标；
用取余计算出char元素中的哪个bit上。最后通过或运算将对应位设置为1。

void set(BitSet& bits, int pos) {// 查找对应数组下标，8 / 8 = 1int unit = pos / CHAR_SIZE;// 查找在字节中的bit位int p = pos % CHAR_SIZE; 8 % 8 = 0// 通过与运算实现对应bit位置1bits[unit] = bits[unit] | (0x1 << p);

假如某个时刻，中断号7被释放了，那么需要先查找到对应的位置，然后通过与运算将该位置清空。

void clear(BitSet& bits, int pos) {// 查找对应数组下标int unit = pos / CHAR_SIZE;// 查找在字节中的bit位int p = pos % CHAR_SIZE;// 通过与运算实现对应bit位置1bits[unit] = bits[unit] & (~(0x1 << p));
}

在申请中断号的时候，需要确认某个中断号是否已经被申请了，那么这个时候先计算出bit位置，查找到对应的bit位，然后返回该位置的数值。

int get(BitSet& bits, int pos) {// 查找对应数组下标int unit = pos / CHAR_SIZE;// 查找在字节中的bit位int p = pos % CHAR_SIZE;// 通过与运算实现对应bit位置1return  (bits[unit] & (0x1 << p)) > 0 ? 1 : 0;
}

可以看出位图算法能够节约存储空间，使用 2个字节便可以表示16个中断号的使用状态，同时可以在 O(1) 的时间复杂度下，判断某个中断号的使用情况，大大提高了计算速度。