链表是一种常见的组织有序数据的数据结构,相对于数组,具有更好的动态性,可以高效的在链表的任意位置实时的插入或者删去。在linux的源代码中,大量的使用了链表。通常链表数据结构至少有两个域:数据域和指针域,数据域用于存储数据,指针域用于建立与下一个节点的联系。在数据结构中定义一个指向任意类型为
- struct list
- {
- void *data;
- struct list *next;
- };
而在内核中,定义了一种通用的双向循环链表,链表的定义为:
- struct list_head {
- struct list_head *next, *prev;
- };
有prev和next两个指针,分别指向链表中的前一节点和后一节点。在初始化的时候,都指向自己本身。
- static inline void INIT_LIST_HEAD(struct list_head *list)
- {
- list->next = list;
- list->prev = list;
- }
向链表中添加节点
- static inline void __list_add(struct list_head *new,
- struct list_head *prev, struct list_head *next)
- {
- next->prev = new;
- new->next = next;
- new->prev = prev;
- prev->next = new;
- }
- static inline void list_add(struct list_head *new, struct list_head *head)
- {
- __list_add(new, head, head->next);
- }
- static inline void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head)
- {
- __list_add(new, head->prev, head);
- }
list_add和list_add_tail的区别不大,linux实现两个接口,在表头插入是插入在head后,而在表尾插入是在head->prev之后,只是表明插入到该节点之后或者之前。链表中的节点删去
- static inline void __list_del(struct list_head *prev, struct list_head *next)
- {
- next->prev = prev;
- prev->next = next;
- }
- static inline void list_del(struct list_head *entry)
- {
- __list_del(entry->prev, entry->next);
- entry->next = (void *)0xDEADBEEF;
- entry->prev = (void *)0xBEEFDEAD;
- }
被删去entry删去后分别指向两个值,这个设置是为了保持不在链表中的节点项以后不会被访问。
- static inline void list_del_init(struct list_head *entry)
- {
- __list_del_entry(entry);
- INIT_LIST_HEAD(entry);
- }
该函数将节点从链表中解下来后,调用INIT_LIST_HEAD将节点设置为空链表。
- static inline void list_replace(struct list_head *old,
- struct list_head *new)
- {
- new->next = old->next;
- new->next->prev = new;
- new->prev = old->prev;
- new->prev->next = new;
- }
- static inline void list_replace_init(struct list_head *old,
- struct list_head *new)
- {
- list_replace(old, new);
- INIT_LIST_HEAD(old);
- }
list_replace是将链表中的一个老节点换乘一个新节点,从实现上来看,即使old所在链表只有一个old节点,new也可以成功替换。
- static inline void list_move(struct list_head *list, struct list_head *head)
- {
- __list_del_entry(list);
- list_add(list, head);
- }
- static inline void list_move_tail(struct list_head *list,
- struct list_head *head)
- {
- __list_del_entry(list);
- list_add_tail(list, head);
- }
list_move的作用是把list节点从原链表中去除,并加入到新的链表中;而list_move_tail只是加入新链表。前者是加到链表的头部,而后者是加入到链表的尾部。
- static inline int list_is_last(const struct list_head *list,
- const struct list_head *head)
- {
- return list->next == head;
- }
上面函数主要是判断list是否处于head链表的尾部。
- static inline int list_empty(const struct list_head *head)
- {
- return head->next == head;
- }
- static inline int list_empty_careful(const struct list_head *head)
- {
- struct list_head *next = head->next;
- return (next == head) && (next == head->prev);
- }
list_empty判断head链表是否为空,而list_empty_careful同样也是判断链表是否为空,只是多了一个检测条件。
- static inline int list_is_singular(const struct list_head *head)
- {
- return !list_empty(head) && (head->next == head->prev);
- }
list_is_singular判断head是否只有一个节点,在检测链表头head外是否只有一个节点。list的操作包括链表的节点添加和删去,节点从一个链表转移到另外一个链表,替换和合并,由于其数据结构中只是定义了两个指针域,没有定义数据域。那么怎么去获得数据域呢?linux中有一种新的方法来获取,通过获取一个结构体中一个成员在这个结构体中的偏移。
- #define list_entry(ptr, type, member) \
- container_of(ptr, type, member)
来个例子,例如
- typedef struct
- {
- int i;
- int j;
- }ember;
这个ember结构体占用了8个字节,假设声明一个变量ember a;想知道a的地址该如果办呢?只要知道j在a中的偏移量,然后把j的地址减去这个偏移量就是a的地址。list_entry主要用于从list节点查找其内嵌的结构。
- #define list_first_entry(ptr, type, member) \
- list_entry((ptr)->next, type, member)
list_first_entry是将ptr看成一个链表头,取出其中第一个节点对应的结构地址。下面来看看在总线设备驱动模型中大量被使用的list_for_each,循环遍历链表中的每个节点,从链表的头部的第一个节点,一直到链表的尾部。
- #define list_for_each(pos, head) \
- for (pos = (head)->next; prefetch(pos->next), pos != (head); \
- pos = pos->next)
- #define __list_for_each(pos, head) \
- for (pos = (head)->next; pos != (head); pos = pos->next)
- #define list_for_each_prev(pos, head) \
- for (pos = (head)->prev; prefetch(pos->prev), pos != (head); \
- pos = pos->prev)
list_for_each_prev从链表的尾部逆向遍历到链表头。
- #define list_for_each_entry(pos, head, member) \
- for (pos = list_entry((head)->next, typeof(*pos), member); \
- &pos->member != (head); \
- pos = list_entry(pos->member.next, typeof(*pos), member))
上面这个函数不是遍历链表的节点,而是遍历链表节点锁嵌套的结构。其等价为list_for_each加list_entry。在list_head,有以上一些通用的链表的形式,但是还有一种klist和hlist也占据了很大的一部分,hlist也就是哈希表。哈希表也是一个哈希数组,为了解决映射冲突的问题,其实哈希组的每一个项做成一个链表,哈希组的项很多,list_head的话每个链表都需要两个指针空间,就发明了hlist,一是它的链表只需要一个指针,二是它的每一项都可以找到前一个节点。
- struct klist_node;
- struct klist {
- spinlock_t k_lock;
- struct list_head k_list;
- void (*get)(struct klist_node *);
- void (*put)(struct klist_node *);
- } __attribute__ ((aligned (sizeof(void *))));
- #define KLIST_INIT(_name, _get, _put) \
- { .k_lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(_name.k_lock), \
- .k_list = LIST_HEAD_INIT(_name.k_list), \
- .get = _get, \
- .put = _put, }
- #define DEFINE_KLIST(_name, _get, _put) \
- struct klist _name = KLIST_INIT(_name, _get, _put)
- extern void klist_init(struct klist *k, void (*get)(struct klist_node *),
- void (*put)(struct klist_node *));
- struct klist_node {
- void *n_klist; /* never access directly */
- struct list_head n_node;
- struct kref n_ref;
- };
可以看到,klist的链表头是一个struct klist结构,链表节点是struct klist_node结构。先看看struct klist,包含链表需要的k_list,用于加锁的k_lock,get()和put()用于对结构的引用。这样在节点的初始化调用get(),在节点删去时调用put()。
在看看struct klist_node,除了链表需要的node,一个引用计数,还有一个n_klist指针。初始化klist
- void klist_init(struct klist *k, void (*get)(struct klist_node *),
- void (*put)(struct klist_node *))
- {
- INIT_LIST_HEAD(&k->k_list);
- spin_lock_init(&k->k_lock);
- k->get = get;
- k->put = put;
- }
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