正如你所知道的， Linux 核心通過許多不同庫以及函式提供各種資料結構以及演算法。這個部分我們將介紹其中一個資料結構 Radix tree。Linux 核心中有兩個檔案與 radix tree 的實現和 API 相關：
首先說明一下什麼是 radix tree ，Radix tree 是一個 壓縮 trie， trie 是一種通過儲存關聯陣列（associative array）來提供 關鍵字-值（key-value） 儲存與查詢的資料結構。通常關鍵字是字串，不過也可以是其他資料型別。 Trie 結構的節點與 n-tree 不同，其節點中並不儲存關鍵字，取而代之的是儲存單個字元標籤。關鍵字查詢時，通過從樹的根開始遍歷關鍵字相關的所有字元標籤節點，直至到達最終的葉子節點。下面是個例子：
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+-----------+ | | | " " | | | +------+-----------+------+ | | | | +----v------+ +-----v-----+ | | | | | g | | c | | | | | +-----------+ +-----------+ | | | | +----v------+ +-----v-----+ | | | | | o | | a | | | | | +-----------+ +-----------+ | | +-----v-----+ | | | t | | | +-----------+ |
這個例子中，我們可以看到 trie 所儲存的關鍵字資訊 go 與 cat，壓縮 trie 或 radix tree 與 trie 所不同的是，對於只有一個孩子的中間節點將被壓縮。
Linux 核心中的 Radix 樹將值對映為整型關鍵字，Radix 的資料結構定義在 include/linux/radix-tree.h 檔案中 :
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struct radix_tree_root { unsigned int height; gfp_t gfp_mask; struct radix_tree_node __rcu *rnode; }; |
上面這個是 radix 樹的 root 節點的結構體，它包括三個成員：
height：從葉節點向上計算出的樹高度。gfp_mask：記憶體申請的標識。rnode：子節點指標。
這裡首先要討論的結構體成員是 gfp_mask :
Linux 底層的記憶體申請介面需要提供一類標識（flag） – gfp_mask ，用於描述記憶體申請的行為。這個以 GFP_ 字首開頭的記憶體申請控制標識主要包括，GFP_NOIO 禁止所有 IO 操作但允許睡眠等待記憶體，__GFP_HIGHMEM 允許申請核心的高階記憶體，GFP_ATOMIC 高優先順序申請記憶體且操作不允許被睡眠。
接下來說的節結構體成員是 rnode：
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struct radix_tree_node { unsigned int path; unsigned int count; union { struct { struct radix_tree_node *parent; void *private_data; }; struct rcu_head rcu_head; }; /* For tree user */ struct list_head private_list; void __rcu *slots[RADIX_TREE_MAP_SIZE]; unsigned long tags[RADIX_TREE_MAX_TAGS][RADIX_TREE_TAG_LONGS]; }; |
這個結構體中包括這幾個內容，節點與父節點的偏移以及到樹底端的高度、子節點的個數、節點的儲存資料域，具體描述如下：
path：與父節點的偏移以及到樹底端的高度count：子節點的個數。parent：父節點的指標。private_data：儲存資料內容緩衝區。rcu_head：用於節點釋放的 RCU 連結串列。private_list– 儲存資料。
結構體 radix_tree_node 的最後兩個成員 tags 與 slots 是非常重要且需要特別注意的。每個 Radix 樹節點都可以包括一個指向儲存資料指標的 slots 集合，空閒 slots 的指標指向 NULL。 Linux 核心的 Radix 樹結構體中還包含用於記錄節點儲存狀態的標籤 tags 成員，標籤通過位設定指示 Radix 樹的資料儲存狀態。
至此，我們瞭解到 radix 樹的結構，接下來看一下 radix 樹所提供的 API。
Linux 核心 radix 樹 API
我們從資料結構的初始化開始看，radix 樹支援兩種方式初始化。
第一個是使用巨集 RADIX_TREE ：
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RADIX_TREE(name, gfp_mask); |
正如你看到，只需要提供 name 引數，就能夠使用 RADIX_TREE 巨集完成 radix 的定義以及初始化，RADIX_TREE 巨集的實現非常簡單：
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#define RADIX_TREE(name, mask) struct radix_tree_root name = RADIX_TREE_INIT(mask) #define RADIX_TREE_INIT(mask) { .height = 0, .gfp_mask = (mask), .rnode = NULL, } |
RADIX_TREE 巨集首先使用 name 定義了一個 radix_tree_root 例項，並用 RADIX_TREE_INIT 巨集帶引數 mask 進行初始化。巨集 RADIX_TREE_INIT 將 radix_tree_root 初始化為預設屬性，並將 gfp_mask 初始化為入參 mask 。
第二種方式是手工定義 radix_tree_root 變數，之後再使用 mask 呼叫 INIT_RADIX_TREE 巨集對變數進行初始化。
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struct radix_tree_root my_radix_tree; INIT_RADIX_TREE(my_tree, gfp_mask_for_my_radix_tree); |
INIT_RADIX_TREE 巨集定義：
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#define INIT_RADIX_TREE(root, mask) do { (root)->height = 0; (root)->gfp_mask = (mask); (root)->rnode = NULL; } while (0) |
巨集 INIT_RADIX_TREE 所初始化的屬性與 RADIX_TREE_INIT 一致
接下來是 radix 樹的節點插入以及刪除，這兩個函式：
radix_tree_insert;radix_tree_delete.
第一個函式 radix_tree_insert 需要三個入參：
- radix 樹 root 節點結構
- 索引關鍵字
- 需要插入儲存的資料
第二個函式 radix_tree_delete 除了不需要儲存資料引數外，其他與 radix_tree_insert 一致。
radix 樹的查詢實現有以下幾個函式：
radix_tree_lookup;radix_tree_gang_lookup;radix_tree_lookup_slot;
第一個函式 radix_tree_lookup 需要兩個引數：
- radix 樹 root 節點結構
- 索引關鍵字
這個函式通過給定的關鍵字查詢 radix 樹，並返關鍵字所對應的結點。
第二個函式 radix_tree_gang_lookup 具有以下特徵：
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unsigned int radix_tree_gang_lookup(struct radix_tree_root *root, void **results, unsigned long first_index, unsigned int max_items); |
函式返回查詢到記錄的條目數，並根據關鍵字進行排序，返回的總結點數不超過入參 max_items 的大小。
最後一個函式 radix_tree_lookup_slot 返回結點 slot 中所儲存的資料。