linux内核中红黑节点的结构对齐

Question

linux内核中rb_node的定义如下：

struct rb_node {
    unsigned long  __rb_parent_color;
    struct rb_node *rb_right;
    struct rb_node *rb_left;
} __attribute__((aligned(sizeof(long))));

#define rb_parent(r)   ((struct rb_node *)((r)->rb_parent_color & ~3))
#define rb_color(r)   ((r)->rb_parent_color & 1)
#define rb_set_red(r)  do { (r)->rb_parent_color &= ~1; } while (0)
#define rb_set_black(r)  do { (r)->rb_parent_color |= 1; } while (0)

我的问题是关于__rb_parent_color，其中最后一位是颜色，其余的是指向其父级的指针。

我了解到有人说 __rb_parent_color 的最后 2 位因为 aligned(sizeof(long)) 而没有用，但为什么呢？

不是sizeof(struct rb_node *) 4 还是不是sizeof(unsigned long) 4？即使它们不相等，aligned 是否应该在 Byte 中，如果不对齐，至少会有一个完整的 Byte 是无用的？

Answer 1

__attribute__((aligned(sizeof(long)))) 告诉编译器确保struct rb_node 的大小始终至少是sizeof(long) 的倍数。见GCC docs。

尽管这点有点无关紧要（因为指针至少是sizeof(long）。在查看源代码时，您遗漏了最重要的部分：

/* The alignment might seem pointless, but allegedly CRIS needs it */

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此实现工作的关键在于，struct rb_nodes 将始终分配在至少 4 字节对齐的地址上。这是guaranteed：

在 32 位 CPU 上保证 4 字节对齐，在 64 位 CPU 上保证 8 字节对齐。

例如，一个节点指针可能类似于0xF724315C，在二进制中以...1100结尾。

这意味着指向struct rb_node 的any 指针的最后两位将为零。因此，开发人员决定将这两个位用于其他用途（这里是颜色。）

我们在以下macro 中看到了这一点：

#define rb_parent(r)   ((struct rb_node *)((r)->__rb_parent_color & ~3))

要获得父节点，可以使用与低两位相加的宏。