linux 内核链表

时间: 2023-11-11 17:01:20 浏览: 103

linux内核链表

好资源一起分享，linux内核链表。在Linux内核中使用了大量的链表结构来组织数据，包括设备列表以及各种功能模块的数据组织。这些链表大多采用在【include/linux/list.h】实现一个相当精彩的链表数据结构。 ### Linux内核中的链表结构与操作 #### 一、链表结构介绍在Linux内核中，链表是一种非常重要的数据结构，被广泛应用于管理各种动态数据集合，如设备列表、功能模块等。内核中的链表大多采用双向循环链表的形式实现，并且其核心代码位于`include/linux/list.h`文件中。链表的基本单位是`struct list_head`，它由两个指针`next`和`prev`组成，分别指向下一个和上一个链表元素。这样的设计使得链表可以方便地进行双向遍历。值得注意的是，`struct list_head`本身并不包含数据字段，而是作为其他数据结构的一个组成部分来使用的。这意味着，需要使用链表组织的数据会在其结构体定义中包含一个`struct list_head`类型的成员，从而构成链表的一部分。例如，在`include/linux/netfilter.h`中定义的`nf_sockopt_ops`结构体中包含了一个名为`list`的`struct list_head`成员，用于将不同协议族的`nf_sockopt_ops`结构体组织在一起。这种方式极大地简化了链表的使用，避免了为每种数据类型定义专门的链表实现。 #### 二、链表操作接口 ##### 2.1 声明与初始化在Linux内核中，链表节点可以通过宏`LIST_HEAD()`进行声明和初始化，或者使用`INIT_LIST_HEAD()`宏在运行时初始化链表。这两种方式都确保链表的头指针的`next`和`prev`指针指向自身，从而形成了一个空的双向循环链表。 ```c #define LIST_HEAD_INIT(name) {&(name), &(name)} #define LIST_HEAD(name) struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name) // 使用示例: LIST_HEAD(nf_sockopts); static inline int list_empty(const struct list_head *head) { return head->next == head; } #define INIT_LIST_HEAD(ptr) do { \ (ptr)->next = (ptr); \ (ptr)->prev = (ptr); \ } while(0) // 使用示例: INIT_LIST_HEAD(&nf_sockopts); ``` ##### 2.2 插入与删除对于链表的插入操作，Linux内核提供了两种主要的方法：`list_add()`和`list_add_tail()`，分别用于在链表头部和尾部插入新的元素。 ```c static inline void list_add(struct list_head *new, struct list_head *head); static inline void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head); ``` 这些函数通过修改`next`和`prev`指针来完成插入操作，使得新元素能够正确地嵌入到链表中。对于链表的删除操作，Linux内核也提供了相应的函数，如`list_del()`和`list_del_init()`。`list_del()`仅简单地从链表中移除指定的元素，而`list_del_init()`则在删除的同时还会初始化被删除元素的`next`和`prev`指针，使其重新成为一个空的链表节点。 ```c static inline void list_del(struct list_head *entry); static inline void list_del_init(struct list_head *entry); ``` ##### 2.3 遍历链表在遍历链表的过程中，可以通过`struct list_head`指针遍历整个链表。但是，要获取链表中某个节点所对应的具体数据结构，则需要使用`list_entry()`宏。这个宏可以根据链表节点指针`ptr`、数据类型`type`以及数据类型中`struct list_head`成员的名字`member`来获取完整的数据结构。例如，为了访问`nf_sockopts`链表中的第一个`nf_sockopt_ops`结构体，可以使用以下代码： ```c struct nf_sockopt_ops *first_sockopt = list_entry(nf_sockopts->next, struct nf_sockopt_ops, list); ``` 这行代码首先通过`nf_sockopts->next`获得链表中的第一个节点，然后通过`list_entry`宏根据`list`字段获取该节点对应的`nf_sockopt_ops`结构体。 #### 三、扩展功能除了基本的链表操作外，Linux 2.6内核还引入了两种新的特性：RCU（Read-Copy-Update）链表和Hash链表（Hlist）。 - **RCU链表**：RCU是一种用于并发读取和更新链表的技术，它可以减少锁的竞争，提高系统的并发性能。 - **Hash链表（Hlist）**：这是一种结合了哈希表和链表特点的数据结构，主要用于提高链表的查找效率。这两种特性都是基于基础的`struct list_head`实现的，但它们在具体实现上有所改进，以满足特定场景下的需求。 Linux内核中的链表结构及其操作机制是非常强大且灵活的。通过对这些基础知识的理解，开发人员可以更加高效地管理和组织内核中的数据结构，从而提高系统的整体性能。

Linux 内核链表是 Linux 内核中常用的一种数据结构，它是由多个节点组成的链式结构，每个节点包含了指向前一个节点和后一个节点的指针。Linux 内核链表的实现是通过定义一个 struct list_head 结构体来实现的，这个结构体包含了指向前一个节点和后一个节点的指针。在 Linux 内核中，链表被广泛应用于各种数据结构的实现，比如进程列表、文件系统中的 inode 链表等等。链表的优点是插入和删除操作非常高效，但是查找操作比较耗时。

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