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Linux 內(nèi)核通用鏈表學(xué)習(xí)小結(jié)

 更新時(shí)間:2017年11月07日 11:57:18   作者:簡(jiǎn)單方式  
本篇文章主要介紹了Linux 內(nèi)核通用鏈表學(xué)習(xí)小結(jié),小編覺(jué)得挺不錯(cuò)的,現(xiàn)在分享給大家,也給大家做個(gè)參考。一起跟隨小編過(guò)來(lái)看看吧

描述

在linux內(nèi)核中封裝了一個(gè)通用的雙向鏈表庫(kù),這個(gè)通用的鏈表庫(kù)有很好的擴(kuò)展性和封裝性,它給我們提供了一個(gè)固定的指針域結(jié)構(gòu)體,我們?cè)谑褂玫臅r(shí)候,只需要在我們定義的數(shù)據(jù)域結(jié)構(gòu)體中包含這個(gè)指針域結(jié)構(gòu)體就可以了,具體的實(shí)現(xiàn)、鏈接并不需要我們關(guān)心,只要調(diào)用提供給我們的相關(guān)接口就可以完成了。

傳統(tǒng)的鏈表結(jié)構(gòu)

struct node{
  int key;
  int val;
  node* prev;
  node* next;
 }

linux 內(nèi)核通用鏈表庫(kù)結(jié)構(gòu)

提供給我們的指針域結(jié)構(gòu)體:

struct list_head {
  struct list_head *next, *prev;
};

我們只需要包含它就可以:

struct node{
  int val;
  int key;
  struct list_head* head;
}

可以看到通過(guò)這個(gè) list_head 結(jié)構(gòu)就把我們的數(shù)據(jù)層跟驅(qū)動(dòng)層分開(kāi)了,而內(nèi)核提供的各種操作方法接口也只關(guān)心 list_head 這個(gè)結(jié)構(gòu),也就是具體鏈接的時(shí)候也只鏈接這個(gè)list_head 結(jié)構(gòu),并不關(guān)心你數(shù)據(jù)層定義了什么類型.

一些接口宏定義

//初始化頭指針
#define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }

#define LIST_HEAD(name) \
  struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name)

//遍歷鏈表
#define __list_for_each(pos, head) \
  for (pos = (head)->next; pos != (head); pos = pos->next)

//獲取節(jié)點(diǎn)首地址(不是list_head地址,是數(shù)據(jù)層節(jié)點(diǎn)首地址)
#define list_entry(ptr, type, member) \
  container_of(ptr, type, member)

//container_of在Linux內(nèi)核中是一個(gè)常用的宏,用于從包含在某個(gè)
//結(jié)構(gòu)中的指針獲得結(jié)構(gòu)本身的指針,通俗地講就是通過(guò)結(jié)構(gòu)體變
//量中某個(gè)成員的首地址進(jìn)而獲得整個(gè)結(jié)構(gòu)體變量的首地址
#define container_of(ptr, type, member) ({     \
    const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);  \
    (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})

#define offsetof(s,m) (size_t)&(((s *)0)->m)

使用方式

typedef struct node{
  int val;
  int key;
  struct list_head* list;
}node;

//初始化頭指針
LIST_HEAD(head);

//創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)
node* a = malloc(sizeof(node));
node* b = malloc(sizeof(node));

//插入鏈表 方式一
list_add(&a->list,&head);
list_add(&b->list,&head);

//插入鏈表 方式二
list_add_tail(&a->list,&head);
list_add_tail(&b->list,&head);

//遍歷鏈表  
struct list_head* p;
struct node* n;
__list_for_each(p,head){
  //返回list_head地址,然后再通過(guò)list_head地址反推
  //節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)體首地址.
  n = list_entry(pos,struct node,list);
}

list_add 接口,先入后出原則,有點(diǎn)類似于棧

list_add-先入后出模式

list_add_tail 接口,先入先出原則,有點(diǎn)類似于fifo

list_add-先入先出模式

我們的鏈表節(jié)點(diǎn),實(shí)際在內(nèi)存中的展示形態(tài)

節(jié)點(diǎn)描述

可以看到最終的形態(tài)是,通過(guò)指向每個(gè)結(jié)構(gòu)體里面的 list_head 類型指針,然后把它們串聯(lián)起來(lái)的

list_entry 接口,通過(guò)結(jié)構(gòu)體變量某個(gè)成員的地址,反推結(jié)構(gòu)體首地址,就像 __list_for_each 接口只返回 list_head 地址,所以我們要通過(guò)這個(gè)成員地址在去獲取它本身的結(jié)構(gòu)體首地址,底層實(shí)現(xiàn)方法 container_of 宏

反推結(jié)構(gòu)體首地址

舉個(gè)例子

這個(gè)例子包括簡(jiǎn)單的增、刪、遍歷

#include <linux/kernel.h> 
#include <linux/module.h> 
#include <linux/init.h> 
#include <linux/slab.h> 
#include <linux/list.h> 
 
MODULE_LICENSE("GPL"); 
MODULE_AUTHOR("David Xie"); 
MODULE_DESCRIPTION("List Module"); 
MODULE_ALIAS("List module"); 
 
struct student //代表一個(gè)實(shí)際節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu) 
{ 
  char name[100]; 
  int num; 
  struct list_head list;  //內(nèi)核鏈表里的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu) 
}; 
 
struct student *pstudent;    
struct student *tmp_student; 
struct list_head student_list;  
struct list_head *pos; 
 
int mylist_init(void) 
{ 
  int i = 0; 
   
  //初始化一個(gè)鏈表,其實(shí)就是把student_list的prev和next指向自身 
  INIT_LIST_HEAD(&student_list);  
   
  pstudent = kmalloc(sizeof(struct student)*5,GFP_KERNEL);//向內(nèi)核申請(qǐng)5個(gè)student結(jié)構(gòu)空間 
  memset(pstudent,0,sizeof(struct student)*5); //清空,這兩個(gè)函數(shù)可以由kzalloc單獨(dú)做到 
   
  for(i=0;i<5;i++) 
  { //為結(jié)構(gòu)體屬性賦值 
    sprintf(pstudent[i].name,"Student%d",i+1); 
    pstudent[i].num = i+1;  
    //加入鏈表節(jié)點(diǎn),list_add的話是在表頭插入,list_add_tail是在表尾插入 
    list_add( &(pstudent[i].list), &student_list);//參數(shù)1是要插入的節(jié)點(diǎn)地址,參數(shù)2是鏈表頭地址 
  }  
   
  list_for_each(pos,&student_list) //list_for_each用來(lái)遍歷鏈表,這是個(gè)宏定義 
                   //pos在上面有定義 
  { 
    //list_entry用來(lái)提取出內(nèi)核鏈表節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn),即根據(jù)struct list_head來(lái)提取struct student 
    //第三個(gè)參數(shù)list就是student結(jié)構(gòu)定義里的屬性list 
    //list_entry的原理有點(diǎn)復(fù)雜,也是linux內(nèi)核的一個(gè)經(jīng)典實(shí)現(xiàn),這個(gè)在上面那篇鏈接文章里也有講解 
    tmp_student = list_entry(pos,struct student,list); 
    //打印一些信息,以備驗(yàn)證結(jié)果 
    printk("<0>student %d name: %s/n",tmp_student->num,tmp_student->name); 
  } 
   
  return 0; 
} 
 
 
void mylist_exit(void) 
{   
  int i ; 
  /* 實(shí)驗(yàn):將for換成list_for_each來(lái)遍歷刪除結(jié)點(diǎn),觀察要發(fā)生的現(xiàn)象,并考慮解決辦法 */ 
  for(i=0;i<5;i++) 
  { 
    //額,刪除節(jié)點(diǎn),只要傳個(gè)內(nèi)核鏈表節(jié)點(diǎn)就行了 
    list_del(&(pstudent[i].list));    
  } 
  //釋放空間 
  kfree(pstudent); 
} 
 
module_init(mylist_init); 
module_exit(mylist_exit); 

結(jié)束

linux 內(nèi)核提供的這個(gè)通用鏈表庫(kù)里面還有很多其他的接口,這里沒(méi)有詳細(xì)的一一舉例,有興趣的可以自己去看看,在源碼包 include/linux/list.h 文件里面,不過(guò)通過(guò)閱讀一些源代碼確實(shí)對(duì)我們也有很大的提高,可以看看高手是如何去設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn),還可以學(xué)到一些技巧以及對(duì)代碼細(xì)節(jié)的掌握~~.

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容,希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。

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