内核数据结构之红黑树

红黑树是一种自平衡的二叉查找树，是Linux主要的二叉树结构。红黑树有一个特殊的颜色属性，要么红色，要么黑色。红黑树通过强制以下条件来保证红黑树仍然是半平衡的。

所有结点要是红色或黑色的。
叶子结点是黑色的。
叶子结点不包含数据。
所有非叶子结点有两个孩子。
如果一个结点是红色，那么它的两个孩子都为黑色。
从某个结点出发，到达任何叶子结点的路径中包含的黑色结点相同。

上述属性表明，最深的叶子的深度不会超过最浅的叶子的深度的二倍。这样，该树总是半平衡的。

在Linux中，红黑树称为rbtree。分别声明和定义在<linux/rbtree.h>和lib/rbtree.c中。一个rbtree的根总是由结构rb_root来表示。为了创建一个新的红黑树，我们要分配一个新的rb_root并将其初始化为特殊值RB_ROOT：

struct rb_root root = RB_ROOT。

单个结点由结构rb_node来表示。由于C语言不支持泛型编程，所以rbtree并没有提供查找和插入程序，编程人员必须自行定义，不过可以使用rbtree已经提供的一些帮助函数。

红黑树查找程序实现的一个例子

struct page * rb_search_page_cache(struct inode *inode,

unsigned long offset)

{

struct rb_node *n = inode->i_rb_page_cache.rb_node;

while(n) {

struct page *page = rb_entry(n, struct page, rb_page_cache);

if(offset < page->offset)

n= n->rb_left;

else if (offset > page->offset)

n= n->rb_right;

else

return page;

}

return NULL;

}

红黑树插入程序实现的一个例子

structpage * rb_insert_page_cache(struct inode *inode,

unsignedlong offset,

structrb_node *node)

{

structrb_node **p = &inode->i_rb_page_cache.rb_node;

structrb_node *parent = NULL;

structpage *page;

while(*p) {

parent= *p;

page= rb_entry(parent, struct page, rb_page_cache);

if(offset < page->offset)

p= &(*p)->rb_left;

elseif (offset > page->offset)

p= &(*p)->rb_right;

else

returnpage;

}

rb_link_node(node,parent, p);

rb_insert_color(node,&inode->i_rb_page_cache);

returnNULL;

}

总结：何时，何地使用什么数据结构？

如果，主要的操作是迭代访问数据，使用链表。当性能不是很重要时，也可考虑使用链表。当数据项目总数相对较少时，或需要与其他内核代码进行交互时，使用链表。

如果代码符合生产者/消费者模式，使用队列，特别是你想要一个固定大小的缓冲区。

如果需要将一个UID映射到一个对象，使用映射。

如果需要存储大量的数据并要有效地查找数据，使用红黑树。但是如果这些操作不是对时间要求很高的，那么最好用链表。

转载于:https://my.oschina.net/fuyajun1983cn/blog/263837

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