Linux

Kernel中，常常需要使用双向链表。在~/include/linux/list.h中，就定义了双向链表和常用的function.

链表头如下：

struct

list_head {

struct list_head *next, *prev;

};

指针类型可如此定义。

1.创建双向链表(doubly linked list)：

INIT_LIST_HEAD( struct list_head *list

)

代码如下：

static inline void INIT_LIST_HEAD(struct list_head *list)

{

list->next = list;

list->prev = list;

}

将List的头和尾都指向自身。

2.

添加内容到双向链表：

2.1: 平常的添加：

2.1.1:将新项目添加到list的头部(head之后第一个位置)。注意，此处head是指此双向链表头。

void list_add(struct list_head *new, struct list_head *head)

将参数一(new)添加到head之后。它调用

__list_add(new, head,

head->next);也就是说，把new添加到head和head->next之间。

static

inline void __list_add(struct list_head *new,

struct list_head *prev,

struct list_head *next) //它只是将new添加到prev和next之间

{

next->prev = new;

new->next = next;

new->prev = prev;

prev->next = new;

}

2.1.2：将新项目添加双向链表最后一个位置(也就是head的priv)。注意此处head表示list头。

static

inline void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head

*head)

{

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

}

则将new添加到head->prev和head之间了。

2.2:读拷贝更新(rcu)模式的添加(smp_wmb()

)(请看背景知识)

2.2.1: 将新项目加到以知的prev和next之间：

static

inline void __list_add_rcu(struct list_head * new,

struct list_head * prev, struct list_head * next)

{

new->next = next;

new->prev = prev;

smp_wmb();

next->prev = new;

prev->next = new;

}//此处注意：smp_wmb();

smp_wmb()防止编译器和CPU优化代码执行的顺序。在这里，smp_wmb保证在它之前的两行代码执行完了之后再执行后两行

2.2.2:将新项目添加到list的头部(head之后第一个位置)。注意，此处head是指此双向链表头。

static

inline void list_add_rcu(struct list_head *new, struct list_head

*head)

{

__list_add_rcu(new, head, head->next);

}

2.2.3：将新项目添加双向链表最后一个位置(也就是head的priv)。注意此处head表示list头。

static

inline void list_add_tail_rcu(struct list_head *new,

struct list_head *head)

{

__list_add_rcu(new, head->prev, head);

}

3.

从双向链表删除项目：

3.1:基本删除函数：

static

inline void __list_del(struct list_head * prev, struct list_head *

next)

{

next->prev = prev;

prev->next = next;

}//只是将前一个和后一个互指

3.2:删除指定项：

static

inline void list_del(struct list_head *entry)

{

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

entry->next = LIST_POISON1;

entry->prev = LIST_POISON2;

}

3.3: 安全的删除指定项：

static

inline void list_del_rcu(struct list_head *entry)

{

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

entry->prev = LIST_POISON2;

}

此处Sam并不很清楚怎么回事。

3.4：删除并初始化某一项：

static

inline void list_del_init(struct list_head *entry)

{

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

INIT_LIST_HEAD(entry);

}

4.替换某项：

4.1 使用new 替换 old:

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;

}

4.2 替换并初始化：

static

inline void list_replace_init(struct list_head *old,

struct list_head *new)

{

list_replace(old, new);

INIT_LIST_HEAD(old);

}

4.3：安全替换：

static

inline void list_replace_rcu(struct list_head *old,

struct list_head *new)

{

new->next = old->next;

new->prev = old->prev;

smp_wmb();

new->next->prev = new;

new->prev->next = new;

old->prev = LIST_POISON2;

}

5.

移动项：

5.1移动到头部

static

inline void list_move(struct list_head *list, struct list_head

*head)

{

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

list_add(list, head);

}

5.2移动到尾部

static

inline void list_move_tail(struct list_head *list,

struct list_head *head)

{

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

list_add_tail(list, head);

}

6.

测试项目是否为最后一项：

static

inline int list_is_last(const struct list_head *list,

const struct list_head *head)

{

return list->next == head;

}

7.

测试list是否为空：

static

inline int list_empty(const struct list_head *head)

{

return head->next == head;

}

8.

两个链表连接起来：

8.1：将list链表连接如head链表头部：

static

inline void __list_splice(struct list_head *list,

struct list_head *head)

{

struct list_head *first = list->next;

struct list_head *last = list->prev;

struct list_head *at = head->next;

first->prev = head;

head->next = first;

last->next = at;

at->prev = last;

}

8.2：连接

static

inline void list_splice(struct list_head *list, struct list_head

*head)

{

if (!list_empty(list))

__list_splice(list, head);

}

8.3：连接并初始化：

将list连接到head头部，再将list初始化：

static

inline void list_splice_init(struct list_head *list,

struct list_head *head)

{

if (!list_empty(list)) {

__list_splice(list, head);

INIT_LIST_HEAD(list);

}

}

9.一些有用的宏：

9.1得到 list_entry(ptr, type, member)

简单的讲，这个宏的作用是：通过结构(type)中的某个变量(member)的指针(ptr)获取结构本身的指针.

也就是说，type中包含一个成员变量member.且某个结构体实体中member的指针为ptr.则list_entry()则返回的是：这个结构体实体的指针。

至于如何做到的，请看背景知识3---container_of。

9.2:list_first_entry(ptr, type, member)

得到ptr链表中下一个的struct的实体。

9.3: list_for_each(pos, head)

#define list_for_each(pos, head) /

for (pos = (head)->next; prefetch(pos->next), pos != (head);

/

pos = pos->next)

它其实就是一个for循环，循环双向链表一圈。

prefetch()是档案快取技术，不用深究。

下面几个宏与之类似：

__list_for_each(pos, head) //不用档案快取技术的循环

list_for_each_prev(pos, head) //向前循环

9.4: list_for_each_entry(pos, head,

member)

这个宏是双向链表中最常用的，也是最有用的。表示从以head

为头的双向循环列表中，一个一个拿出包含此list项目的结构体(pos的类型)，并放到pos中。

#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))

因为有上面list_entry()的铺垫，所以非常简单。

参数一：pos就是一个结构体指针。这个结构体中会包含成员变量member.

参数二：head就是一个双向链表头。

参数三：pos结构体中的成员变量名。

pos = list_entry((head)->next, typeof(*pos),

member)：pos得到双向链表中第一个链表被包含的结构体实体。

&pos->member != (head)：此结构体中的链表不是头。

pos = list_entry(pos->member.next, typeof(*pos), member):

pos得到双向链表中下一个结构体实体。

Linux kernel 中双向循环链表的使用：

在Linux内核链表中，需要用链表组织起来的数据通常会包含一个struct

list_head成员，结构都通过这个list成员组织在一个链表中。

例如：在hid-core.c中，要组织一个report链表。

于是，首先使用

1)

INIT_LIST_HEAD(&device->report_enum[i].report_list)

struct

hid_report {

struct list_head list;

unsigned id;

unsigned type;

struct hid_field *field[HID_MAX_FIELDS];

unsigned maxfield;

unsigned size;

struct hid_device *device;

};

这就是需要用链表组织起来的数据通常会包含一个struct list_head成员。

2)。

list_add_tail(&report->list,

&report_enum->report_list);

将report类型的项目添加到刚才初始化的list中。

3).

list_for_each_entry(report,

&hid->report_enum[HID_INPUT_REPORT].report_list, list)

遍历

hid->report_enum[HID_INPUT_REPORT].report_list，从其中一个一个得到report.放到report中。

背景知识：

背景知识一：typeof :

typeof不是标准C的运算符，这是gcc的一个扩展.

它与sizeof() 语义类似，sizeof(exp)代表返回exp长度。

则typeof(exp)返回的事exp类型。

例1：

int a;

typeof(&a) b;

因为a 为int型。所以&a为int*.

也就是说b 为int* 类型。

例2：

typedef struct

{

int size;

char t;

} ngate, *pngate;

typeof(((ngate *)0)->t) w;

这其实就是表示，w 的类型为：ngate的t的类型。

在这里0并不是真正的变量，可以把它理解为一个替代使用的符号。其意思更可以理解为一个被赋值了的变量，这个数可以不是0，，随便什么数字都可以。

背景知识二： offsetof

kernel中定义如下：

#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE

*)0)->MEMBER)

与上面所以类似，(TYPE *)0 表示：0是指向TYPE的指针 。

则 &(TYPE *)0->MEMBER

表示：TYPE类型的实体0的变量MEMBER的地址，因为从0开始，所以它的地址就成为offset.

再用size_t强制转换，就是从struct头到成员变量MEMBER的offset.

背景知识三：container_of(ptr, type,

member)

Kernel中如下定义：

#define

container_of(ptr, type, member) ({ /

const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr); /

(type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member)

);})

(type *)0: 表明某个实体为type类型的。

((type *)0)->member表明这个实体的某个成员变量。

typeof(((type *)0)->member) *__mptr

表明定了一个指向此成员变量类型 的指针。

offsetof(type,member)表明成员变量member到结构体类型type头的offset.

(type *)( (char *)__mptr

- offsetof(type,member)

则表明：返回的是一个指向type的指针，此指针指向一个type类型的实体。而参数ptr则是这个实体中的某一个成员变量位置。

背景知识四：RCU(Read-Copy Update)

RCU是2.5/2.6内核中引入的新技术，它通过延迟写操作来提高同步性能。

系统中数据读取操作远多于写操作，而rwlock机制在smp环境下随着处理机增多性能会迅速下降。针对这一应用背景，IBM

Linux技术中心的Paul E.

McKenney提出了"读拷贝更新"的技术，并将其应用于Linux内核中。RCU技术的核心是写操作分为写-更新两步，允许读操作在任何时候无阻访问，当系统有写操作时，更新动作一直延迟到对该数据的所有读操作完成为止。