• 内核链表函数详解


     内核中经常采用链表来管理对象,先看一下内核中对链表的定义
        struct list_head {
            struct list_head *next, *prev;
        };

        一般将该数据结构嵌入到其他的数据结构中,从而使得内核可以通过链表的方式管理新的数据结构,看一个例子:

        struct example {
            member a;
            struct list_head list;
            member b;
        };

     1、链表的定义和初始化

       

        您可以通过两种方式来定义和初始化一个链表头结点,例如,您想定义一个链表头结点mylist,那么您可以这么做:

    ① LIST_HEAD(mylist);  // 使用LIST_HEAD宏定义并初始化一个链表

        也可以这么做:

    ② struct list_head mylist;  // 定义一个链表

        INIT_LIST_HEAD(&mylist); // 使用INIT_LIST_HEAD函数初始化链表

       

        可以看出方式①稍微简单一点,我们先来分析一下LIST_HEAD宏:

        #define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }
        #define LIST_HEAD(name) /
             struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name)
       

        很容易看出LIST_HEAD(mylist);会被扩展为:

        struct list_head mylist = { &(mylist), &(mylist) };


        list_head结构只有两个成员:next和prev。从上面的代码可以看出,next和prev都被赋值为链表mylist的地址,也就是说,链表初始

    化后next和prev都是指向自己的。

        大多数情况下,list_head是被嵌入到其他数据结构中的,比如上面的example结构里的list成员,那么如何对list成员进行初始化?通过调用INIT_LIST_HEAD函数:

        struct example test;

        INIT_LIST_HEAD(&test.list); 
        该函数简单地将list成员的prev和next指针指向自己。

        可以看出链表结点在初始化时,都将prev和next指向自己。注意:对链表的初始化非常重要,因为如果使用一个未被初始化的链表结点,很有可能会导致内核异常。例如,在对一个链表结点调用list_del函数后,接着再去对该结点进行一些操作。后面会有分析的:)

    2、对链表常用的操作

        对链表常用的操作无非就是增加、删除、遍历等。当然内核还提供很多其他的操作,如替换某个结点、将某个结点移动到链表尾端等等,这些操作都是通过调用基本的增加、删除等操作完成的。

    ① 增加:list_add和list_add_tail
        调用list_add可以将一个新链表结点插入到一个已知结点的后面;

        调用list_add_tail可以将一个新链表结点插入到一个已知结点的前面;

        下面分析它们的具体实现,它们都以不同的参数调用了相同的函数__list_add:
        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;
        }
        该函数将new结点插入到prev结点和next之间;

        static inline void list_add(struct list_head *new, struct list_head *head)
        {
             __list_add(new, head, head->next);
        }
        list_add函数中以new、head、head->next为参数调用__list_add,将new结点插入到head和head->next之间,也就是将new结点插入到特定的已知结点head的后面;

        static inline void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head)
        {
             __list_add(new, head->prev, head);
        }
        而list_add_tail函数则以new、head->prev、head为参数调用__list_add,将new结点插入到head->prev和head之间,也就是将new结点插入到特定的已知结点head的前面。

        有了list_add和list_add_tail,我们可以很方便地实现栈(list_add)和队列(list_add_tail),在本文的最后一节,我们再做详细的分析。


    ② 删除:list_del和list_del_init

        调用list_del函数删除链表中的一个结点;

        调用list_del_init函数删除链表中的一个结点,并初始化被删除的结点(也就是使被删除的结点的prev和next都指向自己);

        下面分析它们的具体实现,它们都调用了相同的函数__list_del:
        static inline void __list_del(struct list_head * prev, struct list_head * next)
        {
             next->prev = prev;
             prev->next = next;
        }
        该函数实际的作用是让prev结点和next结点互相指向;


        static inline void list_del(struct list_head *entry)
        {
             __list_del(entry->prev, entry->next);
             entry->next = LIST_POISON1;
             entry->prev = LIST_POISON2;
        }
        该函数中以entry->prev和entry->next为参数调用__list_del函数,使得entry结点的前、后结点绕过entry直接互相指向,然后将entry结点的前后指针指向LIST_POISON1和LIST_POISON2,从而完成对entry结点的删除。此函数中的LIST_POISON1和LIST_POISON2有点让人费解,因为一般情况下我们删除entry后,应该让entry的prev和next指向NULL的,可是这里却不是,原因有待调查。

        static inline void list_del_init(struct list_head *entry)
        {
             __list_del(entry->prev, entry->next);
             INIT_LIST_HEAD(entry);
        }
        与list_del不同,list_del_init将entry结点删除后,还会对entry结点做初始化,使得entry结点的prev和next都指向自己。

     3、几个重要的宏

        内核提供了一组宏,以方便对链表进行管理,下面我只介绍到目前为止,我遇到过的,可能会很少,因为我接触到的很有限,以后遇到其他的会添加进来的。下面开始我们的分析啦:)

    ① list_entry

        前面说过,list_head结构通常被嵌入到其他数据结构中,以便内核可以通过链表的方式管理这些数据结构。假设这样一种场景:我们已知类型为example的对象的list成员的地址ptr(struct list_head *ptr),那么我们如何通过ptr来得到该example对象的地址呢?答案很明显,使用container_of宏。不过,在这样的情况下我们应该通过使用list_entry宏来完成container_of宏的功能,因为这样更容易理解一点。其实list_entry宏很简单:#define list_entry(ptr, type, member)  container_of(ptr, type, member) ......

    上述情况,我们可以这样: list_entry(ptr, struct example, list); 来获取example对象的指针。

    ② list_for_each_entry

        对链表的一个重要的操作就是对链表进行遍历,以达到某种应用目的,比如统计链表结点的个数等等。先来看看内核中对该宏的定义:

        #define list_for_each_entry(pos, head, member)    /
             for (pos = list_entry((head)->next, typeof(*pos), member); /
                   prefetch(pos->member.next), &pos->member != (head);  /
                   pos = list_entry(pos->member.next, typeof(*pos), member))

        其中,pos是指向宿主结构的指针,在for循环中是一个迭代变量;head是要进行遍历的链表头指针;member是list_head成员在宿主结构中的名字。

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