1. 简介
在Linux内核中，hash算法用于将特定的数据映射到散列表中的一个桶（bucket）中。Jhash算法是Linux内核中使用的一种散列算法之一。本文将详细介绍Jhash算法的原理和实现细节。
2. Jhash算法原理
Jhash算法是一种快速运行且分布均匀的散列算法。它主要用于IPv4和IPv6地址的散列计算，通常用于路由表和连接表等数据结构中。
Jhash算法的主要思想是将输入数据划分为多个部分，然后对这些部分进行散列计算，并按照一定规则进行混合，最终得到最终的散列值。具体而言，Jhash算法的步骤如下：
2.1 输入数据的划分
对于给定的输入数据，Jhash算法将其划分为多个部分，通常是32位或64位。在IPv4地址的散列计算中，通常将IPv4地址划分为四个32位部分。而在IPv6地址的散列计算中，通常将IPv6地址划分为八个64位部分。
2.2 单个部分的散列计算
对于每个部分，Jhash算法使用一种简单的散列函数进行计算。这个散列函数可以是任何一种高效运行的散列算法，例如CRC32。这里以CRC32算法为例进行说明：
static inline u32 crc32(unsigned char const *p, size_t len, u32 crc)
{
int k;
crc = ~crc;
while (len--) {
crc ^= *p++;
for (k = 0; k < 8; k++)
crc = crc & 1 ? (crc >> 1) ^ POLY : crc >> 1;
}
return ~crc;
}
在这个例子中，输入数据p是一个指向数据的指针，len是数据的长度，crc是初始的散列值。这个函数首先对crc取反，并且对每个字节进行异或运算，然后根据CRC32算法的特性进行多次循环运算，最后再次取反得到最终的散列值。
2.3 部分散列值的混合
在得到每个部分的散列值之后，Jhash算法将这些散列值按照一定规则进行混合。混合的具体规则是通过简单的位运算和异或运算实现的。Jhash算法使用了一些固定的常数进行混合，以提供较好的散列分布。
3. Jhash算法实现
Jhash算法的实现主要包括输入数据的划分和散列计算两部分。
3.1 输入数据的划分
在IPv4地址的散列计算中，Jhash算法将32位的IPv4地址划分为四个8位的部分，分别表示为a、b、c和d。而在IPv6地址的散列计算中，Jhash算法将128位的IPv6地址划分为八个16位的部分，分别表示为a1、b1、c1、d1、a2、b2、c2和d2。
3.2 单个部分的散列计算
对于每个部分，Jhash算法使用了一个名为jhash_mix()的函数进行散列计算。这个函数的实现如下：
static inline void jhash_mix(u32 *a, u32 *b, u32 *c)
{
*a -= *c; *a ^= rol(*c, 4); *c += *b;
*b -= *a; *b ^= rol(*a, 6); *a += *c;
*c -= *b; *c ^= rol(*b, 8); *b += *a;
*a -= *c; *a ^= rol(*c, 16); *c += *b;
*b -= *a; *b ^= rol(*a, 19); *a += *c;
*c -= *b; *c ^= rol(*b, 4); *b += *a;
}
该函数接受三个指向32位整数的指针a、b和c作为参数。函数实现了一系列的简单位运算和异或运算，以实现对a、b和c的混合计算。
3.3 部分散列值的混合
在得到每个部分的散列值之后，Jhash算法将这些散列值按照一定规则进行混合。具体的混合规则由jhash_final()函数实现：
static inline u32 jhash_final(u32 a, u32 b, u32 c)
{
c ^= b; c -= rol(b, 14);
a ^= c; a -= rol(c, 11);
b ^= a; b -= rol(a, 25);
c ^= b; c -= rol(b, 16);
a ^= c; a -= rol(c, 4);
b ^= a; b -= rol(a, 14);
c ^= b; c -= rol(b, 24);
return c;
}
该函数接受三个32位整数a、b和c作为参数，并且实现了一系列的位运算和异或运算，以进行混合计算，并最终返回混合后的散列值。
4. 总结
Jhash算法是Linux内核中使用的一种快速运行且分布均匀的散列算法。它通过将输入数据划分为多个部分，并使用简单的散列函数和混合规则进行计算，最终得到散列值。Jhash算法广泛应用于IPv4和IPv6地址的散列计算，以及其他需要高效散列计算的场景中。
需要注意的是，本文只是对Jhash算法进行了简要介绍，具体的实现细节可能会有一些变化。对于更具体的使用场景和实际需求，读者可以进一步研究Linux内核中的源代码，以了解更多关于Jhash算法的详细信息。