Linux内核hlist数据结构分析

在内核编程中哈希链表hlist使用非常多，比方在openvswitch中流表的存储中就使用了（见[1]）。hlist的表头仅有一个指向首节点的指针。而没有指向尾节点的指针，这样在有非常多个buckets的HASH表中存储的表头就能降低一半的空间消耗。

和hlist相关的数据结构例如以下，桶中存储的 hlist_head 是具有同样hash值的entry构成的链表。每一个entry包括一个 hlist_node 成员，通过它链入到这个哈希链表中。

struct hlist_head {

struct hlist_node * first;

};

//next指向下一个节点

// pprev指向前一个节点的next域

struct hlist_node {

struct hlist_node * next, ** pprev;

};

结构图为：

因为头结点和其它节点的类型不一致。这样就不能使用普通的prev指针指向前一个节点（否则处理的时候还要讨论是否是第一个节点，没有通用性），这里设计者的巧妙之处就是pprev指针指向前一个节点的next，统一了兴许全部的节点。

一些实用的宏：

//头结点初始化

#define HLIST_HEAD_INIT { .first = NULL }

//构造一个名为name的头结点

#define HLIST_HEAD(name) struct hlist_head name = { .first = NULL }

//初始化头指针，链表指针

#define INIT_HLIST_HEAD(ptr) ((ptr)->first = NULL)

#define INIT_HLIST_NODE(ptr) ((ptr)->next = NULL, (ptr)->pprev = NULL)

1.删除节点

next得到当前节点的下一个节点。pprev是前一个节点的next字段的地址，那么*pprev就指向的是当前这个节点，那么 *pprev=next 就把当前节点更新为下一个节点了。假设n不是最后一个节点，还要设置next->pprev.

static inline void __hlist_del (struct hlist_node *n)

{

struct hlist_node *next = n-> next;

struct hlist_node **pprev = n-> pprev;

*pprev = next;

if (next)

next-> pprev = pprev;

}

static inline void hlist_del (struct hlist_node *n)

{

__hlist_del(n);

n-> next = LIST_POISON1;

n-> pprev = LIST_POISON2;

}

2.插入节点

（1）头插入：让插入的节点成为链表的第一个节点，依次更新对应的指针。示意图例如以下。

static inline void hlist_add_head (struct hlist_node *n, struct hlist_head *h)

{

struct hlist_node *first = h-> first;

n-> next = first;

if (first)

first-> pprev = &n-> next;

h-> first = n;

n-> pprev = &h-> first;

}

（2）在已知节点next之前/之后插入，通过自己绘图。非常easy理解清楚。

/* next must be != NULL */

static inline void hlist_add_before (struct hlist_node *n,

struct hlist_node *next)

{

n-> pprev = next->pprev ;

n-> next = next;

next-> pprev = &n-> next;

*(n-> pprev) = n;

}

static inline void hlist_add_after (struct hlist_node *n,

struct hlist_node *next)

{

next-> next = n-> next;

n-> next = next;

next-> pprev = &n-> next;

if(next-> next)

next-> next-> pprev = &next-> next;

}

3.通过看一个节点h的pprev是否为空。推断其是否在哈希链表中。

static inline int hlist_unhashed (const struct hlist_node *h)

{

return !h-> pprev;

}

4.哈希链表的遍历（iterate）相关代码

//通过一个字段member的地址 ptr。得到包括它的容器的地址

#define hlist_entry(ptr, type, member) container_of(ptr,type,member)

//用 pos作为游标来遍历这个链表， prefetch是数据预取

#define hlist_for_each(pos, head) \

for (pos = (head)->first; pos && ({ prefetch(pos->next); 1; }); \

pos = pos->next)

#define hlist_for_each_safe(pos, n, head) \

for (pos = (head)->first; pos && ({ n = pos->next; 1; }); \

pos = n)

//通用的哈希链表遍历，当中 pos指向当前节点。 tpos指向的包括hlist_node的当前结构体的指针

#define hlist_for_each_entry(tpos, pos, head, member) \

for (pos = (head)->first; \

pos && ({ prefetch(pos->next); 1;}) && \

({ tpos = hlist_entry(pos, typeof (*tpos), member); 1;}); \

pos = pos->next)

/**

* hlist_for_each_entry_continue - iterate over a hlist continuing after existing point

* @ tpos: the type * to use as a loop counter.

* @ pos: the &struct hlist_node to use as a loop counter.

* @member: the name of the hlist_node within the struct.

#define hlist_for_each_entry_continue(tpos, pos, member) \

for (pos = (pos)->next; \

pos && ({ prefetch(pos->next); 1;}) && \

({ tpos = hlist_entry(pos, typeof (*tpos), member); 1;}); \

pos = pos->next)

/**

* hlist_for_each_entry_from - iterate over a hlist continuing from existing point

* @ tpos: the type * to use as a loop counter.

* @ pos: the &struct hlist_node to use as a loop counter.

* @member: the name of the hlist_node within the struct.

#define hlist_for_each_entry_from(tpos, pos, member) \

for (; pos && ({ prefetch(pos->next); 1;}) && \

({ tpos = hlist_entry(pos, typeof (*tpos), member); 1;}); \

pos = pos->next)

/**

* hlist_for_each_entry_safe - iterate over list of given type safe against removal of list entry

* @ tpos: the type * to use as a loop counter.

* @ pos: the &struct hlist_node to use as a loop counter.

* @n: another &struct hlist_node to use as temporary storage

* @head: the head for your list.

* @member: the name of the hlist_node within the struct.

#define hlist_for_each_entry_safe(tpos, pos, n, head, member) \

for (pos = (head)->first; \

pos && ({ n = pos->next; 1; }) && \

({ tpos = hlist_entry(pos, typeof (*tpos), member); 1;}); \

pos = n)

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