linux内核中list的基本用法

news2024/9/22 0:57:35

内核链表

1 list_head 结构

为了使用链表机制，驱动程序需要包含<linux/types.h>头文件，该文件定义了如下结构体实现双向链：

struct list_head {
	struct list_head *next, *prev;
};

2 链表的初始化

2.1 链表宏定义和初始化

可使用以下宏定义并初始化一个链表头部list_head，list_head 不包含数据部分。LIST_HEAD_INIT将链表头的 next 和 prev 指针都指向链表头部，从而形成一个循环结构，和下面介绍的INIT_LIST_HEAD函数一样。

#define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }

#define LIST_HEAD(name) \
	struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name)

2.2 链表的初始化

INIT_LIST_HEAD 是一个用于初始化链表头的函数，它将链表头的 next 和 prev 指针都指向自己，从而形成一个循环结构。

static inline void INIT_LIST_HEAD(struct list_head *list)
{
	WRITE_ONCE(list->next, list);
	WRITE_ONCE(list->prev, list);
}

如下图所示，链表头的 next 和 prev 指针都指向自己。
在这里插入图片描述

3 list_add

在链表的头部添加新链表项，以下是实现：

static inline void list_add(struct list_head *new, struct list_head *head)
{
	__list_add(new, head, head->next);
}


static inline void __list_add(struct list_head *new,
			      struct list_head *prev,
			      struct list_head *next)
{
	if (!__list_add_valid(new, prev, next))
		return;

	next->prev = new;
	new->next = next;
	new->prev = prev;
	WRITE_ONCE(prev->next, new);
}

以下为添加示意图，可以看出后添加节点放在链表的头部，先添加节点靠后，先进后出，后进先出，类似栈结构。
在这里插入图片描述

4 list_add_tail

在链表的尾部添加新链表项，以下是实现：


static inline void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head)
{
	__list_add(new, head->prev, head);
}

static inline void __list_add(struct list_head *new,
			      struct list_head *prev,
			      struct list_head *next)
{
	if (!__list_add_valid(new, prev, next))
		return;

	next->prev = new;
	new->next = next;
	new->prev = prev;
	WRITE_ONCE(prev->next, new);
}

以下为添加示意图，可以看出新添加节点放在链表的尾部，后添加节点靠，先进先出，后进后出，类似FIFO结构。
list_add_tail

5 遍历节点

5.1 list_entry

list_entry 宏通过调用 container_of 宏，从链表节点指针获取包含该节点的结构体指针。

/**
 * list_entry - get the struct for this entry
 * @ptr: 指向 &struct list_head 的指针。
 * @type: 包含该节点的结构体类型。
 * @member: 结构体中的 list_struct 名称。
 */
#define list_entry(ptr, type, member) \
	container_of(ptr, type, member)

5.2 list_for_each

list_for_each 从链表的头部往后依次遍历（next方向）。

/**
 * list_for_each	-	iterate over a list
 * @pos:	the &struct list_head to use as a loop cursor.
 * @head:	the head for your list.
 */
#define list_for_each(pos, head) \
	for (pos = (head)->next; !list_is_head(pos, (head)); pos = pos->next)

5.3 list_for_each_entry

通过for循环，依次遍历链表中的每个节点，next方向遍历，每个节点的宿主为pos。

/**
 * list_for_each_entry	-	iterate over list of given type
 * @pos:	the type * to use as a loop cursor.
 * @head:	the head for your list.
 * @member:	the name of the list_head within the struct.
 */
#define list_for_each_entry(pos, head, member)				\
	for (pos = list_first_entry(head, typeof(*pos), member);	\
	     !list_entry_is_head(pos, head, member);			\
	     pos = list_next_entry(pos, member))

a. list_first_entry 宏:

#define list_first_entry(ptr, type, member) \
    container_of((ptr)->next, type, member)

list_first_entry 宏用于获取链表的第一个节点的结构体指针。通过 (ptr)->next 获取到链表头部之后的第一个节点的指针，然后通过 container_of 宏获取包含该节点的整个结构体指针。

b. list_entry_is_head 宏:

#define list_entry_is_head(pos, head, member) \
    ((pos)->member == (head))

list_entry_is_head 宏用于检查当前节点是否是链表的头部。比较 pos->member 是否等于 head，如果相等，则说明当前节点是链表的头部，即遍历结束。

c. list_next_entry 宏:

#define list_next_entry(pos, member) \
    list_entry((pos)->member.next, typeof(*(pos)), member)

list_next_entry 宏用于获取下一个节点的结构体指针。通过 (pos)->member.next 获取到当前节点的下一个节点的指针，然后通过 list_entry 宏获取包含该节点的整个结构体指针。

5.4 list_for_each_prev

通过for循环，依次遍历链表中的每个节点，与list_for_each_entry不同的是list_for_each_prev按照pre方向遍历，每个节点的宿主为pos。

/**
 * list_for_each_prev	-	iterate over a list backwards
 * @pos:	the &struct list_head to use as a loop cursor.
 * @head:	the head for your list.
 */
#define list_for_each_prev(pos, head) \
	for (pos = (head)->prev; !list_is_head(pos, (head)); pos = pos->prev)

5.5 删除链表

list_del
删除列表中的给定项

/**
 * list_del - deletes entry from list.
 * @entry: the element to delete from the list.
 * Note: list_empty() on entry does not return true after this, the entry is
 * in an undefined state.
 */
static inline void list_del(struct list_head *entry)
{
	__list_del_entry(entry);
	entry->next = LIST_POISON1;
	entry->prev = LIST_POISON2;
}

list_del_init
删除列表中的给定项，如果删除后的链表可能被插入新的链表中，应该使用list_del_init，它会初始化链表的指针。

/**
 * list_del_init - deletes entry from list and reinitialize it.
 * @entry: the element to delete from the list.
 */
static inline void list_del_init(struct list_head *entry)
{
	__list_del_entry(entry);
	INIT_LIST_HEAD(entry);
}