为啥我们使用基数树（或 xarray）来存储页面缓存？

Posted 2023-03-17

【中文标题】为啥我们使用基数树（或 xarray）来存储页面缓存？

【英文标题】：Why we use radix-tree(or xarray) for storing page caches?为什么我们使用基数树（或 xarray）来存储页面缓存？

【发布时间】：2020-10-08 08:08:56

【问题描述】：

我现在正在研究 linux 内核，了解 linux 内核（第 3 版），我对使用 radix tree 存储整个页面缓存和使用 radix tree 的原因感到非常困惑。 （听说4.20版本以后内核使用xarray）。

所以，这是我的问题：

一旦我们想要某个 I 节点的一些信息，我们应该查看“address_space”指向的整个页面缓存。

书上说他们使用基数树来快速搜索页面缓存，但我无法理解这一点。

搜索哪些页面缓存？我们不需要所有这些吗？

请给我一些例子，为什么我们使用基数树来快速搜索页面缓存。

并跟进问题：

如果某个“I-node”是 address_space 的主机，并且它保存 radix_tree_root，并且在这个 radix 树中，我们有所有的页面缓存保存与文件相关的所有数据（由该 I-node 指向)?

【参考方案1】：

基数树是一个压缩树，其中trie 是一种数据结构，它实现了关联数组的接口并允许将值存储为键值。键通常是字符串，但可以使用任何数据类型。 trie 与 n-tree 的不同之处在于它的节点。 trie 的节点不存储密钥；相反，trie 的节点存储单个字符标签。与给定节点相关的密钥是通过从树的根遍历到该节点而得出的。例如：

    +-----------+
               |           |
               |    " "    |
               |           |
        +------+-----------+------+
        |                         |
        |                         |
   +----v------+            +-----v-----+
   |           |            |           |
   |    g      |            |     c     |
   |           |            |           |
   +-----------+            +-----------+
        |                         |
        |                         |
   +----v------+            +-----v-----+
   |           |            |           |
   |    o      |            |     a     |
   |           |            |           |
   +-----------+            +-----------+
                                  |
                                  |
                            +-----v-----+
                            |           |
                            |     t     |
                            |           |
                            +-----------+

所以在这个例子中，我们可以看到带有键、go 和 cat 的 trie。压缩的 trie 或基数树与 trie 的不同之处在于，所有只有一个子节点的中间节点都会被删除。

基数树在主线内核树中有几个用户。 PowerPC 体系结构使用树在真实和虚拟 IRQ 编号之间进行映射。 NFS 代码将树附加到相关的 inode 结构以跟踪未完成的请求。然而，基数树最广泛的用途是在内存管理代码中。用于跟踪后备存储的address_space 结构包含一个基数树，它跟踪与该映射相关的核心页面。除其他外，此树允许内存管理代码快速查找脏页或正在回写的页。

给你一个paper，把这个设计机制描述的很清楚。