linux内核数据结构之链表

linux内核数据结构之链表

1、前言

最近写代码需用到链表结构，正好公共库有关于链表的。第一眼看时，觉得有点新鲜，和我之前见到的链表结构不一样，只有前驱和后继指针，而没有数据域。后来看代码注释发现该代码来自linux内核，在linux 源代码下include/Lish.h下。这个链表具备通用性，使用非常方便。只需要在结构定义一个链表结构就可以使用。

2、链表介绍

链表是非常基本的数据结构，根据链个数分为单链表、双链表，根据是否循环分为单向链表和循环链表。通常定义定义链表结构如下：

typedef struct node

{

ElemType data; //数据域

struct node *next; //指针域

}node, *list;

链表中包含数据域和指针域。链表通常包含一个头结点，不存放数据，方便链表操作。单向循环链表结构如下图所示：

双向循环链表结构如下图所示：

这样带数据域的链表降低了链表的通用性，不容易扩展。linux内核定义的链表结构不带数据域，只需要两个指针完成链表的操作。将链表节点加入数据结构，具备非常高的扩展性，通用性。链表结构定义如下所示：

struct list_head {

struct list_head *next, *prev;

};

链表结构如下所示：

需要用链表结构时，只需要在结构体中定义一个链表类型的数据即可。例如定义一个app_info链表，

1 typedef struct application_info

3uint32_t app_id;

4uint32_t up_flow;

5uint32_t down_flow;

6struct list_head app_info_head; //链表节点

7 }app_info;

定义一个app_info链表，app_info app_info_list;通过app_info_head进行链表操作。根据C语言指针操作，通过container_of和offsetof，可以根据app_info_head的地址找出app_info的起始地址，即一个完整ap_info结构的起始地址。可以参考：/Anker/p/3472271.html。

3、linux内核链表实现

内核实现的是双向循环链表，提供了链表操作的基本功能。

（1）初始化链表头结点

#define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }

#define LIST_HEAD(name) \

struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name)

static inline void INIT_LIST_HEAD(struct list_head *list)

{

list->next = list;

list->prev = list;

}

LIST_HEAD宏创建一个链表头结点，并用LIST_HEAD_INIT宏对头结点进行赋值，使得头结点的前驱和后继指向自己。

INIT_LIST_HEAD函数对链表进行初始化，使得前驱和后继指针指针指向头结点。

（2）插入节点

1static inline void __list_add(struct list_head *new,

2struct list_head *prev,

3struct list_head *next)

4 {

5next->prev = new;

6new->next = next;

7new->prev = prev;

8prev->next = new;

9 }

10

11static inline void list_add(struct list_head *new, struct list_head *head)

12 {

13__list_add(new, head, head->next);

14 }

15

16static inline void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head)

17 {

18__list_add(new, head->prev, head);

插入节点分为从链表头部插入list_add和链表尾部插入list_add_tail，通过调用__list_add函数进行实现，head->next指向之一个节点，head->prev指向尾部节点。

（3）删除节点

1static inline void __list_del(struct list_head * prev, struct list_head * next)

2 {

3next->prev = prev;

4prev->next = next;

5 }

6

7static inline void list_del(struct list_head *entry)

8 {

9__list_del(entry->prev, entry->next);

10entry->next = LIST_POISON1;

11entry->prev = LIST_POISON2;

12 }

从链表中删除一个节点，需要改变该节点前驱节点的后继结点和后继结点的前驱节点。最后设置该节点的前驱节点和后继结点指向LIST_POSITION1和LIST_POSITION2两个特殊值，这样设置是为了保证不在链表中的节点项不可访问，对LIST_POSITION1和LIST_POSITION2的访问都将引起页故障

/*

* These are non-NULL pointers that will result in page faults

* under normal circumstances, used to verify that nobody uses

* non-initialized list entries.

*/

#define LIST_POISON1 ((void *) 0x00100100 + POISON_POINTER_DELTA)

#define LIST_POISON2 ((void *) 0x00200200 + POISON_POINTER_DELTA)

（4）移动节点

1/**

2* list_move - delete from one list and add as another's head

3* @list: the entry to move

4* @head: the head that will precede our entry

5*/

6static inline void list_move(struct list_head *list, struct list_head *head)

7 {

8__list_del(list->prev, list->next);

9list_add(list, head);

10 }

11

12/**

13* list_move_tail - delete from one list and add as another's tail

14* @list: the entry to move

15* @head: the head that will follow our entry

16*/

17static inline void list_move_tail(struct list_head *list,

18struct list_head *head)