Linux内核中链表的实现与应用【转】

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链表（循环双向链表）是Linux内核中最简单、最常用的一种数据结构。

1、链表的定义
struct list_head {
struct list_head *next, *prev;
}
这个不含数据域的链表,可以嵌入到任何数据结构中,例如可按如下方式定义含有数据域的链表：
struct my_list {
void * mydata;
struct list_head list;
} ;

2、链表的声明和初始化宏
struct list_head 只定义了链表结点,并没有专门定义链表头.那么一个链表结点是如何建立起来的？
内核代码 list.h 中定义了两个宏：
#defind LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) } //仅初始化
#defind LIST_HEAD(name) struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name) //声明并初始化

如果要声明并初始化链表头mylist_head，则直接调用：LIST_HEAD(mylist_head)，之后，
mylist_head的next、prev指针都初始化为指向自己。这样，就有了一个带头结点的空链表。

判断链表是否为空的函数：
static inline int list_empty(const struct list_head * head) {
return head->next == head;
} //返回1表示链表为空，0表示不空

3、在链表中增加一个结点
（内核代码中，函数名前加两个下划线表示内部函数）
static inline void __list_add(struct list_head *new, struct list_head *prev, struct list_head *next)
{
next -> prev = new ;
new -> next = next ;
new -> prev = prev ;
prev -> next = new ;
}

list.h 中增加结点的两个函数为：
（链表是循环的，可以将任何结点传递给head，调用这个内部函数以分别在链表头和尾增加结点）
static inline void list_add(struct list_head *new, struct llist_head *head)
{
__list_add(new, head, head -> next) ;
}
static inline void list_add_tail(struct list_head 8new, struct list_head *head)
{
__list_add(new, head -> prev, head) ;
}
附：给head传递第一个结点，可以用来实现一个队列，传递最后一个结点，可以实现一个栈。
static 加在函数前，表示这个函数是静态函数，其实际上是对作用域的限制，指该函数作用域仅局限
于本文件。所以说，static 具有信息隐蔽的作用。而函数前加 inline 关键字的函数，叫内联函数，表
示编译程序在调用这个函数时，立即将该函数展开。

4、 遍历链表
list.h 中定义了如下遍历链表的宏：
#define list_for_each(pos, head) for(pos = (head)-> next ; pos != (head) ; pos = pos -> next)
这种遍历仅仅是找到一个个结点的当前位置，那如何通过pos获得起始结点的地址，从而可以引用结
点的域？list.h 中定义了 list_entry 宏：
#define list_entry( ptr, type, member ) \
( (type *) ( (char *) (ptr) - (unsigned long) ( &( (type *)0 ) -> member ) ) )
分析：(unsigned long) ( &( (type *)0 ) -> member ) 把 0 地址转化为 type 结构的指针，然后获取该
结构中 member 域的指针，也就是获得了 member 在type 结构中的偏移量。其中 (char *) (ptr) 求
出的是 ptr 的绝对地址，二者相减，于是得到 type 类型结构体的起始地址，即起始结点的地址。

5、链表的应用
一个用以创建、增加、删除和遍历一个双向链表的Linux内核模块

点击(此处)折叠或打开

#include <linux/kernel.h>

#include <linux/module.h>

#include <linux/slab.h>

#include <linux/list.h>

MODULE_LICENCE("GPL");

MODULE_AUTHOR("LUOTAIJIA");

#define N 10

struct numlist {

int num;

struct list_head list;

};

struct numlist numhead;

static int __init doublelist_init(void)

{

//初始化头结点

struct numlist * listnode; //每次申请链表结点时所用的指针

struct list_head * pos;

struct numlist * p;

int i;

printk("doublelist is starting...\n");

INIT_LIST_HEAD(&numhead.list);

/*

* static inline void INIT_LIST_HEAD(struct list_head *list)

* {

* list->next = list;

* list->prev = list;

* }

*/

//建立N个结点，依次加入到链表当中

for (i=0; i<N; i++) {

listnode = (struct numlist *)kmalloc(sizeof(struct numlist), GFP_KERNEL);

//void *kmalloc(size_t size, int flages)

//分配内存，size 要分配内存大小，flags 内存类型

listnode->num = i+1;

list_add_tail(&listnode->list, &numhead.list);

printk("Node %d has added to the doublelist...\n", i+1);

}

//遍历链表

i = 1;

list_for_each(pos, &numhead.list) {

p = list_entry(pos, struct numlist, list);

printk("Node %d's data: %d\n", i, p->num);

i++;

}

return 0;

}

static void __exit doublelist_exit(void)

{

struct list_head *pos, *n;

struct numlist *p;

int i;

//依次删除N个结点

i = 1;

list_for_each_safe(pos, n, &numhead.list) {

//为了安全删除结点而进行的遍历

list_del(pos); //从链表中删除当前结点

p = list_entry(pos, struct numlist, llist);

//得到当前数据结点的首地址，即指针

kfree(p); //释放该数据结点所占空间

printk("Node %d has removed from the doublelist...\n", i++);

}

printk("doublelist is exiting...\n");

}

module_init(doublelist_init);

module_exit(doublelist_exit);

参考资料：Linux操作系统原理与应用（第2版） 陈莉君、康华 编著