从零写OS（五十）：bcache 哈希表 —— O(n) 变 O(1)

Thu, 04 Jun 2026 07:00:00 +0000

修完 static 缓冲区的 bug 之后，发现加载 busybox 明显变慢了——因为 kmalloc/kfree 在每次 ext2 读取时都要分配释放缓冲区，调用次数多了开销就出来了。

更根本的问题是块缓存（bcache）效率太低：64 个槽位，每次查找都要线性扫描。

这章做两个性能优化。

bcache：哈希表替代线性扫描

原来的实现

uint8_t *bcache_get(uint32_t lba) {
    for (int i = 0; i < BCACHE_SLOTS; i++) {   // O(n) 扫描
        if (slots[i].valid && slots[i].lba == lba) {
            slots[i].lru_time = clock;
            return slots[i].data;
        }
    }
    // cache miss...
}

64 个槽位，命中率低，每次 miss 还要再扫一遍找 LRU victim，加载 busybox 要读几百个 sector，扫描次数非常多。

改造：256 桶哈希表

#define BCACHE_SLOTS      512   // 槽位 64 → 512
#define BCACHE_HASH_SIZE  256
#define BCACHE_HASH(lba)  ((lba) & (BCACHE_HASH_SIZE - 1))

typedef struct bcache_slot {
    uint32_t  lba;
    uint8_t  *data;              // 改为指针，pmm_alloc 独立分配
    int       valid, dirty;
    uint64_t  lru_time;
    struct bcache_slot *hash_next;   // 哈希链表
} bcache_slot_t;

static bcache_slot_t *hash_table[BCACHE_HASH_SIZE];

查找变成 O(1) 均摊：

性能优化 on 大飞的博客

从零写OS（五十）：bcache 哈希表 —— O(n) 变 O(1)

bcache：哈希表替代线性扫描

原来的实现

改造：256 桶哈希表