Linux核心中hash函式的實現

linux核心中通過pid查詢程序描述符(task_struct)時，用到了hash表。下面介紹一下這一部分核心中hash函式的實現。

核心用pid_hashfn巨集把pid轉換為表索引(kernel/pid.c):

#define pid_hashfn(nr, ns)  \
hash_long((unsigned long)nr + (unsigned long)ns, pidhash_shift)

其中hash_long在中定義如下:

/* 2^31 + 2^29 - 2^25 + 2^22 - 2^19 - 2^16 + 1 */
#define golden_ratio_prime_32 0x9e370001ul
/* 2^63 + 2^61 - 2^57 + 2^54 - 2^51 - 2^18 + 1 */
#define golden_ratio_prime_64 0x9e37fffffffc0001ul
#if bits_per_long == 32
#define golden_ratio_prime golden_ratio_prime_32
#define hash_long(val, bits) hash_32(val, bits)
#elif bits_per_long == 64
#define hash_long(val, bits) hash_64(val, bits)
#define golden_ratio_prime golden_ratio_prime_64
#else
#error wordsize not 32 or 64
#endif
static inline u64 hash_64(u64 val, unsigned int bits)
static inline u32 hash_32(u32 val, unsigned int bits)
static inline unsigned long hash_ptr(const void *ptr, unsigned int bits)
#endif /* _linux_hash_h */

上面的函式很有趣，我們來仔細看一下。

首先，hash的方式是，讓key乘以乙個大數，於是結果溢位，就把留在32/64位變數中的值作為hash值，又由於雜湊表的索引長度有限，我們就取這hash值的高幾為作為索引值，之所以取高幾位，是因為高位的數更具有隨機性，能夠減少所謂「衝突」。什麼是衝突呢？從上面的演算法來看，key和hash值並不是一一對應的。有可能兩個key算出來得到同乙個hash值，這就稱為「衝突」。

那麼，乘以的這個大數應該是多少呢？從上面的**來看，32位系統中這個數是0x9e370001ul，64位系統中這個數是0x9e37fffffffc0001ul。這個數是怎麼得到的呢？

「knuth建議，要得到滿意的結果，對於32位機器，2^32做**分割，這個大樹是最接近**分割點的素數，0x9e370001ul就是接近 2^32*(sqrt(5)-1)/2 的乙個素數，且這個數可以很方便地通過加運算和位移運算得到，因為它等於2^31 + 2^29 - 2^25 + 2^22 - 2^19 - 2^16 + 1。對於64位系統，這個數是0x9e37fffffffc0001ul，同樣有2^63 + 2^61 - 2^57 + 2^54 - 2^51 - 2^18 + 1。」

從程式中可以看到，對於32位系統計算hash值是直接用的乘法，因為gcc在編譯時會自動優化演算法。而對於64位系統，gcc似乎沒有類似的優化，所以用的是位移運算和加運算來計算。首先n=hash, 然後n左移18位，hash-=n，這樣hash = hash * (1 - 2^18)，下一項是-2^51，而n之前已經左移過18位了，所以只需要再左移33位，於是有n <<= 33，依次類推，最終算出了hash值。

Linux核心中hash函式的實現

Linux核心中的cmpxchg函式

linux核心中的typecheck函式

linux核心中的延遲函式

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linux核心中的typecheck函式

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