生活随笔
收集整理的這篇文章主要介紹了
【内核数据结构】 内核链表分析
小編覺得挺不錯(cuò)的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個(gè)參考.
一、簡介：
? ? ? ??Linux中的鏈表使用兩個(gè)指針，可以方便的構(gòu)成雙向鏈表，實(shí)際上，通常它都組織成雙向循環(huán)鏈表，不同于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)書上的鏈表，這里的節(jié)點(diǎn)只有鏈表指針，沒有鏈表的數(shù)據(jù)，下邊我將對(duì)內(nèi)核中使用的 include/linux/list.h 進(jìn)行函數(shù)說明和生動(dòng)的圖形解釋。
二、函數(shù)：
我們先來看看
1. 鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?list_head?的定義：
[cpp]?view plaincopyprint?
struct?list_head?{??????struct?list_head?*next,?*prev;??};??
【1】只有前后節(jié)點(diǎn)指針，沒有數(shù)據(jù)
2. 聲明和初始化：有兩種方法
①聲明的時(shí)候初始化一個(gè)鏈表?LIST_HEAD 宏：
[cpp]?view plaincopyprint?
#define?LIST_HEAD_INIT(name)?{?&(name),?&(name)?}?//?鏈表的pre和next指針都指向了節(jié)點(diǎn)自己的首地址????#define?LIST_HEAD(name)?\??????struct?list_head?name?=?LIST_HEAD_INIT(name)??
②運(yùn)行時(shí)初始化鏈表?
INIT_LIST_HEAD 函數(shù)
：
[cpp]?view plaincopyprint?
static?inline?void?INIT_LIST_HEAD(struct?list_head?*list)??{??????list->next?=?list;??????list->prev?=?list;??}??
注意：
此處說的聲明的時(shí)候簡單的理解為不在函數(shù)內(nèi)部，而運(yùn)行時(shí)指的就是在函數(shù)內(nèi)部了
圖形：
3. 插入/刪除/合并
a) 插入
對(duì)鏈表的插入操作有兩種：
在表頭插入?list_add函數(shù)?和
在表尾插入?list_add_tail函數(shù)：
[cpp]?view plaincopyprint?
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);??}??
可以看到他們調(diào)用了相同的 __list_add 函數(shù)：
[cpp]?view plaincopyprint?
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;??}??
【1】對(duì)于這個(gè)函數(shù)，他是將list_add和list_add_tail的共性的部分抽離了出來，給我們分析很大的障礙，我們只分析 list_add 和 list_add_tail 函數(shù)
圖形：
網(wǎng)絡(luò)上的一張圖更全面的展示了在使用中的鏈表的結(jié)構(gòu)：
畫圖總結(jié)：
【1】上邊圖形的畫法中，要前兩步劃在外邊沿
【2】對(duì)list鏈表的頭和尾的快速記憶的方法，我們可以看待內(nèi)核中的鏈表為?向右行駛的貪吃蛇
b) 刪除
對(duì)鏈表的刪除操作函數(shù)有兩種：
list_del函數(shù)和
list_del_init函數(shù)：
[cpp]?view plaincopyprint?
static?inline?void?list_del(struct?list_head?*entry)???{??????__list_del(entry->prev,?entry->next);???????entry->next?=?LIST_POISON1;??????entry->prev?=?LIST_POISON2;??}??static?inline?void?list_del_init(struct?list_head?*entry)??{??????__list_del_entry(entry);??????INIT_LIST_HEAD(entry);???}??static?inline?void?__list_del_entry(struct?list_head?*entry)??{??????__list_del(entry->prev,?entry->next);??}??
【1】list_del函數(shù)中entry的next和prev指針指向了LIST_POISON1和LIST_POISON2位置，對(duì)他們進(jìn)行訪問都將引起頁故障，保護(hù)不在鏈表中的節(jié)點(diǎn)項(xiàng)不可訪問
他們調(diào)用了相同的 __list_del 函數(shù)：
[cpp]?view plaincopyprint?
static?inline?void?__list_del(struct?list_head?*?prev,?struct?list_head?*?next)??{??????next->prev?=?prev;??????prev->next?=?next;??}??
圖形：
我們來刪除有3個(gè)元素的鏈表的中間的一個(gè)：list_del(&new)
list_del_init 函數(shù)不再畫圖，唯一的不同是把刪除下來的圖的next和prev指針指向了自己的首地址
c) 替換
對(duì)鏈表的替換操作有兩個(gè)：
list_replace函數(shù)和
list_replace_init函數(shù)：
[cpp]?view plaincopyprint?
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);??}??
圖形：
list_replace_init函數(shù)的圖形此處也不再畫
d) 搬移
搬移的含義是將原本屬于一個(gè)鏈表的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)鏈表的操作，有兩個(gè)函數(shù)：
list_move函數(shù)和
list_move_tail函數(shù)：
[cpp]?view plaincopyprint?
??????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);??}??
圖形：
e) 合并
合并在這里的意思就是合并了，是將兩個(gè)獨(dú)立的鏈表合并成為一個(gè)鏈表，合并的時(shí)候根據(jù)合并的位置的不同可以分為：
合并到頭部的?list_splice函數(shù)和
合并到尾部的?list_splice_tail函數(shù)：（這兩個(gè)函數(shù)有推薦使用的函數(shù)）
[cpp]?view plaincopyprint?
??????static?inline?void?list_splice(const?struct?list_head?*list,??????????????????struct?list_head?*head)??{??????if?(!list_empty(list))??????????__list_splice(list,?head,?head->next);??}????????static?inline?void?list_splice_tail(struct?list_head?*list,??????????????????struct?list_head?*head)??{??????if?(!list_empty(list))??????????__list_splice(list,?head->prev,?head);??}??static?inline?void?list_splice_init(struct?list_head?*list,???????????????????????struct?list_head?*head)??{??????if?(!list_empty(list))?{??????????__list_splice(list,?head,?head->next);??????????INIT_LIST_HEAD(list);???????????????????<---?跟list_splice唯一的不同??????}??}??static?inline?void?list_splice_tail_init(struct?list_head?*list,????????????????????????struct?list_head?*head)??{??????if?(!list_empty(list))?{??????????__list_splice(list,?head->prev,?head);??????????INIT_LIST_HEAD(list);???????????????????<---?跟list_splice_tail_init唯一的不同??????}??}??static?inline?void?__list_splice(const?struct?list_head?*list,???????????????????struct?list_head?*prev,???????????????????struct?list_head?*next)??{??????struct?list_head?*first?=?list->next;??????struct?list_head?*last?=?list->prev;????????first->prev?=?prev;??????prev->next?=?first;????????last->next?=?next;??????next->prev?=?last;??}??
圖形：
這張圖雖然畫出來了，比起看程序，雖然好點(diǎn)，但是理解起來還是有很大的問題，此處就借鑒別人的一張圖來說明這個(gè)list_splice函數(shù)實(shí)現(xiàn)了什么：
? ? ? ? 鏈表合并list_splice(&list1,&list2) （此圖片引自：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/kernel/l-chain/）
對(duì)于這張圖的說明如下：
? ? ? ? 假設(shè)當(dāng)前有兩個(gè)鏈表，表頭分別是list1和list2（都是struct list_head變量），當(dāng)調(diào)用list_splice(&list1,&list2)時(shí)，只要list1非空，list1鏈表的內(nèi)容將被掛接在list2鏈表上，位于list2和list2.next（原list2表的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)）之間。新list2鏈表將以原list1表的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)為首節(jié)點(diǎn)，而尾節(jié)點(diǎn)不變。
4. 找到鏈表中的數(shù)據(jù)
? ? ? ? 前邊提到的函數(shù)都是操作的鏈表節(jié)點(diǎn)的入口，但是對(duì)于我們真正有意義的是節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)，鏈表的頭上沒有數(shù)據(jù)，其他的節(jié)點(diǎn)上都是帶有數(shù)據(jù)的。如何從一個(gè)鏈表節(jié)點(diǎn)的入口得到節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)呢？要用到以下的函數(shù)：
list_entry函數(shù)：
[cpp]?view plaincopyprint?
???????#define?list_entry(ptr,?type,?member)?\??????container_of(ptr,?type,?member)????#define?container_of(ptr,?type,?member)?({??????????\??????const?typeof(?((type?*)0)->member?)?*__mptr?=?(ptr);?\??????(type?*)(?(char?*)__mptr?-?offsetof(type,member)?);})????#define?offsetof(TYPE,?MEMBER)?((size_t)?&((TYPE?*)0)->MEMBER)?//?將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體放到0地址處，天然的結(jié)構(gòu)體中成員的首地址就是成員在結(jié)構(gòu)體中的偏移量??
一個(gè)簡單的例子：
main.c
[cpp]?view plaincopyprint?
#include?<stdio.h>??#include?"list.h"????LIST_HEAD(device_list);????typedef?struct?device_struct??{??????unsigned?char?*devname;??????struct?list_head?entry;??}?device_struct_s;????int?main(int?argc,?const?char?*argv[])??{??????device_struct_s?led;??????device_struct_s?*led2;????????led.devname?=?"led";??????????????list_add(&led.entry,?&device_list);??????????????led2?=?list_entry(device_list.next,?device_struct_s,?entry);????????printf("led2.devname?=?%s\n",?led2->devname);????????????return?0;??}??
【1】list.h 你需要復(fù)制linux內(nèi)核中的list.h頭文件，并且把list_head的定義和其他需要包含進(jìn)來的結(jié)構(gòu)體或者宏包含進(jìn)來，編譯后執(zhí)行的結(jié)果如下：
led2.devname = led
5. 遍歷鏈表
對(duì)linux內(nèi)核的遍歷可以分為遍歷鏈表和遍歷鏈表中的結(jié)構(gòu)體：
從頭開始遍歷鏈表，list_for_each宏，
從頭開始遍歷鏈表中的結(jié)構(gòu)體，list_for_each_entry宏：
[cpp]?view plaincopyprint?
??????#define?list_for_each(pos,?head)?\??????for?(pos?=?(head)->next;?pos?!=?(head);?pos?=?pos->next)?????????????#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))??
一個(gè)簡單的例子：
[cpp]?view plaincopyprint?
#include?<stdio.h>??#include?"list.h"????LIST_HEAD(device_list);????typedef?struct?device_struct??{??????unsigned?char?*devname;??????struct?list_head?entry;??}?device_struct_s;????int?main(int?argc,?const?char?*argv[])??{??????device_struct_s?led,?gpio,?beep,?*tmp;????????led.devname?=?"led";??????gpio.devname?=?"gpio";??????beep.devname?=?"beep";??????????????list_add(&led.entry,?&device_list);??????list_add(&gpio.entry,?&device_list);??????list_add(&beep.entry,?&device_list);??????????????struct?list_head?*i;??????list_for_each(i,?&device_list)??????{??????????tmp?=?list_entry(i,?device_struct_s,?entry);??????????printf("tmp.devname?=?%s\n",?tmp->devname);??????}??????????????device_struct_s?*j;??????list_for_each_entry(j,?&device_list,?entry)??????{??????????printf("j.devname?=?%s\n",?j->devname);??????}????????return?0;??}??
【1】list.h 你需要復(fù)制linux內(nèi)核中的list.h頭文件，并且把list_head的定義和其他需要包含進(jìn)來的結(jié)構(gòu)體或者宏包含進(jìn)來，編譯后執(zhí)行的結(jié)果如下：
tmp.devname = beep
tmp.devname = gpio
tmp.devname = led
j.devname = beep
j.devname = gpio
j.devname = led
另外：
linux內(nèi)核的鏈表中提供了反向遍歷鏈表的宏list_for_each_prev和list_for_each_entry_reverse，他們分別是list_for_each和list_for_each_entry的反方向的實(shí)現(xiàn)，使用方法完全一樣。如果遍歷不是從鏈表頭開始，而是從已知的某個(gè)節(jié)點(diǎn)pos開始，則要使用list_for_each_entry_continue宏（使用方法同list_for_each_entry宏）。如果想實(shí)現(xiàn)如果pos有值則從pos開始遍歷，如果沒有則從鏈表的頭開始遍歷，為此，Linux專門提供了一個(gè)list_prepare_entry(pos,head,member)宏，將它的返回值作為list_for_each_entry_continue()的pos參數(shù)，就可以滿足這一要求。
我們將list_for_each_prev和list_for_each_entry_reverse的代碼和執(zhí)行結(jié)果也寫下來：
[cpp]?view plaincopyprint?
printf("list_for_each_prev()\n");????struct?list_head?*k;??list_for_each_prev(k,?&device_list)??{??????tmp?=?list_entry(k,?device_struct_s,?entry);??????printf("tmp.devname?=?%s\n",?tmp->devname);??}????printf("list_for_each_reverse()\n");????device_struct_s?*g;??list_for_each_entry_reverse(g,?&device_list,?entry)??{??????printf("g.devname?=?%s\n",?g->devname);??}??
【1】此部分是在上邊的main.c中實(shí)現(xiàn)的
【2】結(jié)合上邊代碼整個(gè)的執(zhí)行結(jié)果如下：
list_for_each()
tmp.devname =beep
tmp.devname =gpio
tmp.devname =led
list_for_each_entry()
j.devname = beep
j.devname = gpio
j.devname = led
list_for_each_prev() ? <--- 可以看到遍歷結(jié)果是從尾部遍歷到頭部
tmp.devname = led
tmp.devname = gpio
tmp.devname = beep
list_for_each_reverse()?? <--- 可以看到遍歷結(jié)果是從尾部遍歷到頭部
g.devname = led
g.devname = gpio
g.devname = beep
6. 安全性
只講一點(diǎn)判斷鏈表是不是為空：
list_empty宏：
[cpp]?view plaincopyprint?
static?inline?int?list_empty(const?struct?list_head?*head)??{??????return?head->next?==?head;??}??
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的【内核数据结构】 内核链表分析的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。
