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漫谈Linux内核哈希表(2)

2016-07-24 11:00 375 查看
    对照前面介绍过的内核通知链、链表,本章我们将要介绍的哈希表的初始化和定义也是如出一辙的:

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定义并初始化一个名为name的哈希链表表头

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

初始化一个已经定义好的哈希链表,其中ptr指向哈希表头的地址

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

   

   其中,HLIST_HEAD_INIT一般这么用:

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struct hlist_head myhlist;

HLIST_HEAD_INIT(&myhlist);

    对于哈希表中的每一个hlist_node节点,通常情况下都要调用初始化函数INIT_HLIST_NODE()来初始化:

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static inline void INIT_HLIST_NODE(struct hlist_node *h)

{

    h->next = NULL;

    h->pprev = NULL;

}

    一个给定的哈希节点,判断它是否已经被插入到某条哈希链表里hlist_unhashed():

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static inline int hlist_unhashed(const struct hlist_node *h)

{

    return !h->pprev;

}

    这里我们可以看到,hlist_node里的pprev完成了这个功能,即如果一个hlist_node的pprev为NULL,则说明该节点目前并未加入任何哈希链表。

   下面这个接口就没啥好说的,用于判断是一个给定哈希表是否为空(即不包含任何哈希节点)。注意,该接口入参为hlist_head类型而非hlist_node类型:

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static inline int hlist_empty(const struct hlist_head *h)

{

    return !h->first;

}

    

   剩下的其他接口,也都非常简单,这里不再一一赘述。下面我们看几个宏定义:

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

该宏和前面介绍过的list_entry()的实现、作用完全一样

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

    

   对照list的学习过程,可想而知,下面这几组结构,其作用也就不言而喻了:
哈希表
链表
hlist_for_each(pos,
head)
list_for_each(pos,
head)
hlist_for_each_safe(pos,
n, head)
list_for_each_safe(pos,
n, head)
hlist_for_each_entry(tpos,
pos, head, member)
list_for_each_entry(pos,
head, member)
hlist_for_each_entry_safe(tpos,
pos, n, head, member)
list_for_each_entry_safe(pos,
n, head, member)
    区别在于最后两个宏的入参上有些小区别。由于哈希链表,表头和表节点是不同的数据结构,所以才会有这个差异。还是对照着list_for_each_*的学习过程:

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hlist_for_each_entry(tpos, pos, head, member)

    其中tpos,是hlist_node所属宿主结构体类型的指针,pos是hlist_node类型的指针,tpos和pos都充当的游标的作用。例如:

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typedef struct student

{

    char m_name[MAX_STRING_LEN];

    char m_sex;

    int m_age;

    struct list_head m_list; /*把我们的学生对象组织成双向链表,就靠该节点了*/

    struct hlist_node m_hlist; /*把我们的学生对象组织成哈希链表,就靠该节点了*/

}Student;

HLIST_HEAD(myhlist);

Student *st;

struct hlist_node *i;

hlist_for_each_entry(st, i, &myhlist, m_hlist)

{

    //To do something here…

    //通常情况,开发者在这里仅需要关注、使用st变量就可以,不需要关心i

}

    

   同样地,在使用hlist_for_each_entry_safe(tpos, pos, n, head,
member)时,tpos也是宿主结构体类型的一个指针变量,当游标使用,n是一个hlist_node类型的另一个指针,这个指针指向pos所在元素的下一个元素,它由hlist_for_each_entry_safe()本身进行维护,开发者不用修改它:

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HLIST_HEAD(myhlist);

Student *st;

struct hlist_node *i,*j;

hlist_for_each_entry_safe(st, i, j, &myhlist, m_hlist)

{

    //To do something here…

    //i和j都不需要开发者关注,仅使用st就可以了

}

    

   另外,还有一组宏:

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hlist_for_each_entry_continue(tpos, pos, member)    

hlist_for_each_entry_from(tpos, pos, member)

    其参数tpos和pos意义和类型与前面介绍过的一致,这两个宏的作用分别是:

   hlist_for_each_entry_continue():从pos节点开始(不包含pos),往后依次遍历所有节点;

   hlist_for_each_entry_from():     从pos节点开始(包含pos),依次往后遍历所有节点;

   这一组宏是“不安全”的,意思是,在它们里面你只能执行查找遍历的任务、不能插入或者删除节点,因为它们脑门上没有那个“safe”的关键字。

   最后,还是老生常谈,实际操练一把。把链表章节我们介绍过的学历管理系统拿来,添加一个需求:“按照男、女的分类原则,将所有学生进行分类”。很明显,这里我们就可以用到哈希链表了。怎么实现呢?其实非常简单,前面我们已经见过对Student结构体的改造了。最终的完整代码如下所示:

   头文件修改:

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/*student.h*/

#ifndef __STUDENT_H_

#define __STUDENT_H_

#include <linux/list.h>

#define MAX_STRING_LEN 32

#define MAX_HLIST_COUNT 2 //只有“男”、“女”两条哈希链表

typedef struct student

{

        char m_name[MAX_STRING_LEN];

        char m_sex;

        int m_age;

        struct list_head m_list; /*把我们的学生对象组织成双向链表,就靠该节点了*/

        struct hlist_node m_hlist; /*把我们的学生对象组织成哈希链表,就靠该节点了*/

}Student;

#endif

   
   源文件修改:

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#include <linux/module.h>

#include <linux/kernel.h>

#include <linux/init.h>

#include "student.h"

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

MODULE_AUTHOR("Koorey Wung");

static int dbg_flg = 0;

LIST_HEAD(g_student_list);

// 其中g_stu_hlist[0]代表男生;g_stu_hlist[1]代表女生

struct hlist_head g_stu_hlist[MAX_HLIST_COUNT];

//初始化男、女学生的哈希链表

static void init_hlists(void)

{

    int i = 0;

    for(i=0;i< MAX_HLIST_COUNT;i++){

        INIT_HLIST_HEAD(&g_stu_hlist[i]);

    }

}

static int add_stu(char* name,char sex,int age)

{

    Student *stu,*cur_stu;

    list_for_each_entry(cur_stu,&g_student_list,m_list){ //仅遍历是否有同名学生,所以用该接口

        if(0 == strcmp(cur_stu->m_name,name))

        {

            printk("Error:the name confict!\n");

            return -1;

        }

    }

    stu = kmalloc(sizeof(Student), GFP_KERNEL);

    if(!stu)

    {

        printk("kmalloc mem error!\n");

        return -1;

    }

    memset(stu,0,sizeof(Student));

    strncpy(stu->m_name,name,strlen(name));

    stu->m_sex = sex;

    stu->m_age = age;

    INIT_LIST_HEAD(&stu->m_list);    //初始化宿主结构里的双向链表节点m_list

    INIT_HLIST_NODE(&stu->m_hlist);  //初始化宿主结构里的哈希节点m_hlist

    if(dbg_flg)

        printk("(Add)name:[%s],\tsex:[%c],\tage:[%d]\n",stu->m_name,stu->m_sex,stu->m_age);

    list_add_tail(&stu->m_list,&g_student_list); //将新学生插入到链表尾部,很简单吧

    return 0;

}

EXPORT_SYMBOL(add_stu); //导出该函数,后面我们要在其他模块里调用,为了便于测试,下面其他几个接口类似

static int del_stu(char *name)

{

        Student *cur,*next;

        int ret = -1;

        list_for_each_entry_safe(cur,next,&g_student_list,m_list){ //因为要删除链表的节点,所以必须有带有“safe”的宏接口

                if(0 == strcmp(name,cur->m_name))

                {

                        list_del(&cur->m_list);

                        printk("(Del)name:[%s],\tsex:[%c],\tage:[%d]\n",cur->m_name,\

                                        cur->m_sex,cur->m_age);

                        kfree(cur);

                        cur = NULL;

                        ret = 0;

                        break;

                }

        }

        return ret;

}

EXPORT_SYMBOL(del_stu);

static void dump_students(void)

{

        Student *stu;

        int i = 1;

        printk("===================Student List================\n");

        list_for_each_entry(stu,&g_student_list,m_list){ //同样,也仅遍历链表而已

                printk("(%d)name:[%s],\tsex:[%c],\tage:[%d]\n",i++,stu->m_name,\

                        stu->m_sex,stu->m_age);

        }

        printk("===============================================\n");

}

EXPORT_SYMBOL(dump_students);

static void dump_hlist(int id)

{

        Student *stu;

        struct hlist_node *i;

        struct hlist_head *head;

        int count = 1;

        if(!(id>=0 && id< MAX_HLIST_COUNT)){

                printk("Invalid id[%d] !\n",id);

                return;

        }

        head = &g_stu_hlist[id];

        printk("===================%s List===================\n",((id == 0)?"Boy":"Girl"));

        //因为该接口只遍历哈希表,并不会插入、删除节点,所以用hlist_for_each_entry(),注意四个入参的类型、作用和意义

        hlist_for_each_entry(stu, i, head,m_hlist){

                printk("(%d)name:[%s],\tsex:[%c],\tage:[%d]\n",count++,stu->m_name,\

                        stu->m_sex,stu->m_age);

        }

        printk("==============================================\n");

}

EXPORT_SYMBOL(dump_hlist);

//分别打印男女学生,各自哈希链表上的情况

static void dump_hlists(void)

{

        dump_hlist(0);

        dump_hlist(1);

}

EXPORT_SYMBOL(dump_hlists);

//按照性别对学生进行分类

static void classify_stu(void)

{

        Student *cur,*next;

        int id = 0;

        list_for_each_entry_safe(cur,next,&g_student_list,m_list){

                //将从cur从g_student_list链表上移下来,但并不会释放cur学生的内存空间,同时对其m_list成员重新初始化

                list_del_init(&cur->m_list);

                if('m' == cur->m_sex){

                        id = 0;

                }

                else if('f' == cur->m_sex){

                        id = 1;

                }

                else{

                        printk("Get error!\n");

                        return;

                }

                //根据id,以m_hlist将学生按性别组织成哈希表

                hlist_add_head(&(cur->m_hlist),&(g_stu_hlist[id]));

        }

        printk("Finished!\n");

}

EXPORT_SYMBOL(classify_stu);

static void init_system(void)

{

    //初始化男、女学生哈希链表头

    init_hlists();

    /*系统启动初始化时,向链表g_student_list里添加6个学生*/

    add_stu("Tom",'m',18);

    add_stu("Jerry",'f',17);

    add_stu("Alex",'m',18);

    add_stu("Conory",'f',18);

    add_stu("Frank",'m',17);

    add_stu("Marry",'f',17);

}

/*释放所有哈希链表上的内存空间*/

static void clean_up_hlist(void)

{

    int i;

    Student *stu;

    struct hlist_node *cur,*next;

    for(i=0;i< MAX_HLIST_COUNT;i++){

        printk("===================%s List================\n",((i == 0)?"Boy":"Girl"));

        hlist_for_each_entry_safe(stu, cur, next, &(g_stu_hlist[i]), m_hlist){

            hlist_del(&(stu->m_hlist));

            printk("Destroy [%s]\n",stu->m_name);

            kfree(stu);

        }

        printk("===========================================\n");

    }

}

/*释放双向表上的内存空间*/

static void clean_up_list(void)

{

        Student *stu,*next;

        printk("===========Unclassified Student List===========\n");

        list_for_each_entry_safe(stu,next,&g_student_list,m_list){

                list_del(&stu->m_list);

                printk("Destroy [%s]\n",stu->m_name);

                kfree(stu);

        }

        printk("===============================================\n");

}

/*因为没有数据库,所以当我们的模块退出时,需要释放内存。*/

static void clean_up(void)

{

        clean_up_list();

        clean_up_hlist();

}

/*模块初始化接口*/

static int student_mgt_init(void)

{

        printk("Student Managment System,Initializing...\n");

        init_system();

        dbg_flg = 1; //从此以后,再调用add_stu()时,都会有有内核打印信息,详见实例训练

        dump_students();

        return 0;

}

static void student_mgt_exit(void)

{

        clean_up();

        printk("System Terminated!\n");

}

module_init(student_mgt_init);

module_exit(student_mgt_exit);

    验证结果如下:

   我们每调用此classify_stu()就会将目前自由双向链表g_student_list里的学生按照性别进行分类,男生存储到哈希链表g_stu_hlist[0]里,女生存储到哈希链表g_stu_hlist[1]里。而调用add_stu()则是向g_student_list链表里添加学生,以便为后面调用classify_stu()做准备:



    其实可以看到,哈希链表的用法也是蛮简单的。其实内核里诸如通知链、链表、哈希表等等这些基础数据结构,掌握了原理后使用起来都不难。

   未完,待续....


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给主人留下些什么吧!~~





wddpeakking2015-08-11 14:20:44
博主,你的博文写的真不错,拜读了,这里有个网站:被坑导航-程序员专用导航 http://peakking.com 这上面也有很多好的文章地址,咱们可以共同学习!
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helenxu0012015-05-22 08:47:23
详细!
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jkercs2015-05-10 14:20:14
good to read
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