千家信息网

Linux内核中双向链表怎么实现

发表于:2026-11-04 作者:千家信息网编辑
千家信息网最后更新 2026年11月04日,这篇文章主要介绍了Linux内核中双向链表怎么实现的相关知识,内容详细易懂,操作简单快捷,具有一定借鉴价值,相信大家阅读完这篇Linux内核中双向链表怎么实现文章都会有所收获,下面我们一起来看看吧。首
千家信息网最后更新 2026年11月04日Linux内核中双向链表怎么实现

这篇文章主要介绍了Linux内核中双向链表怎么实现的相关知识,内容详细易懂,操作简单快捷,具有一定借鉴价值,相信大家阅读完这篇Linux内核中双向链表怎么实现文章都会有所收获,下面我们一起来看看吧。

首先让我们看一下在 include/linux/types.h 里的主结构体:

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

你可能注意到这和你以前见过的双向链表的实现方法是不同的。

举个例子来说,在 glib 库里是这样实现的:

struct GList {gpointer data;GList *next;GList *prev;};

通常来说一个链表结构会包含一个指向某个项目的指针。

但是 Linux 内核中的链表实现并没有这样做。所以问题来了:链表在哪里保存数据呢?实际上,内核里实现的链表是侵入式链表(Intrusive list)。侵入式链表并不在节点内保存数据-它的节点仅仅包含指向前后节点的指针,以及指向链表节点数据部分的指针——数据就是这样附加在链表上的。这就使得这个数据结构是通用的,使用起来就不需要考虑节点数据的类型了。

比如:

struct nmi_desc {spinlock_t lock;struct list_head head;};

让我们看几个例子来理解一下在内核里是如何使用 list_head 的。

如上所述,在内核里有很多很多不同的地方都用到了链表。我们来看一个在杂项字符驱动里面的使用的例子。在 drivers/char/misc.c 的杂项字符驱动 API 被用来编写处理小型硬件或虚拟设备的小驱动。这些驱动共享相同的主设备号:

#define MISC_MAJOR 10

但是都有各自不同的次设备号。

比如:

ls -l /dev | grep 10crw------- 1 root root 10, 235 Mar 21 12:01 autofsdrwxr-xr-x 10 root root 200 Mar 21 12:01 cpucrw------- 1 root root 10, 62 Mar 21 12:01 cpu_dma_latencycrw------- 1 root root 10, 203 Mar 21 12:01 cusedrwxr-xr-x 2 root root 100 Mar 21 12:01 dricrw-rw-rw- 1 root root 10, 229 Mar 21 12:01 fusecrw------- 1 root root 10, 228 Mar 21 12:01 hpetcrw------- 1 root root 10, 183 Mar 21 12:01 hwrngcrw-rw----+ 1 root kvm 10, 232 Mar 21 12:01 kvmcrw-rw---- 1 root disk 10, 237 Mar 21 12:01 loop-controlcrw------- 1 root root 10, 227 Mar 21 12:01 mcelogcrw------- 1 root root 10, 59 Mar 21 12:01 memory_bandwidthcrw------- 1 root root 10, 61 Mar 21 12:01 network_latencycrw------- 1 root root 10, 60 Mar 21 12:01 network_throughputcrw-r----- 1 root kmem 10, 144 Mar 21 12:01 nvrambrw-rw---- 1 root disk 1, 10 Mar 21 12:01 ram10crw--w---- 1 root tty 4, 10 Mar 21 12:01 tty10crw-rw---- 1 root dialout 4, 74 Mar 21 12:01 ttyS10crw------- 1 root root 10, 63 Mar 21 12:01 vga_arbitercrw------- 1 root root 10, 137 Mar 21 12:01 vhci

现在让我们看看它是如何使用链表的。首先看一下结构体 miscdevice:

struct miscdevice{int minor;const char *name;const struct file_operations *fops;struct list_head list;struct device *parent;struct device *this_device;const char *nodename;mode_t mode;};

可以看到结构体miscdevice的第四个变量list 是所有注册过的设备的链表。

在源代码文件的开始可以看到这个链表的定义:

static LIST_HEAD(misc_list);

它实际上是对用list_head 类型定义的变量的扩展。

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

然后使用宏 LIST_HEAD_INIT 进行初始化,

这会使用变量name 的地址来填充prev和next 结构体的两个变量。

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

现在来看看注册杂项设备的函数misc_register。

它在一开始就用函数 INIT_LIST_HEAD 初始化了miscdevice->list。

INIT_LIST_HEAD(&misc->list);

作用和宏LIST_HEAD_INIT一样。

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

接下来,在函数device_create 创建了设备后,

我们就用下面的语句将设备添加到设备链表:

list_add(&misc->list, &misc_list);

内核文件list.h 提供了向链表添加新项的 API 接口。

我们来看看它的实现:

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

实际上就是使用3个指定的参数来调用了内部函数__list_add:

new – 新项。 head – 新项将会插在head的后面 head->next – 插入前,head 后面的项。 __list_add的实现非常简单:

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;}

这里,我们在prev和next 之间添加了一个新项。

所以我们开始时用宏LIST_HEAD_INIT定义的misc 链表会包含指向miscdevice->list 的向前指针和向后指针。 这儿还有一个问题:如何得到列表的内容呢?这里有一个特殊的宏:

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

使用了三个参数:

ptr – 指向结构 list_head 的指针; type – 结构体类型; member – 在结构体内类型为list_head 的变量的名字;

比如:

const struct miscdevice *p = list_entry(v, struct miscdevice, list)

然后我们就可以使用p->minor 或者 p->name来访问miscdevice。让我们来看看list_entry 的实现:

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

如我们所见,它仅仅使用相同的参数调用了宏container_of。初看这个宏挺奇怪的:

#define container_of(ptr, type, member) ({ \const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr); \(type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})

首先你可以注意到花括号内包含两个表达式。

编译器会执行花括号内的全部语句,然后返回最后的表达式的值。

比如:

#include int main() {int i = 0;printf("i = %d\n", ({++i; ++i;}));return 0;}

最终会打印出2。

下一点就是typeof,它也很简单。

就如你从名字所理解的,它仅仅返回了给定变量的类型。当我第一次看到宏container_of的实现时,让我觉得最奇怪的就是表达式((type *)0)中的0。实际上这个指针巧妙的计算了从结构体特定变量的偏移,这里的0刚好就是位宽里的零偏移。

比如:

#include struct s {int field1;char field2;char field3;};int main() {printf("%p\n", &((struct s*)0)->field3);return 0;}

结果显示0x5。

下一个宏offsetof会计算从结构体起始地址到某个给定结构字段的偏移。

它的实现和上面类似: #define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER) 现在我们来总结一下宏container_of。只需给定结构体中list_head类型 字段的地址、名字和结构体容器的类型,它就可以返回结构体的起始地址。在宏定义的第一行,声明了一个指向结构体成员变量ptr的指针mptr,并且把ptr 的地址赋给它。现在ptr 和mptr 指向了同一个地址。从技术上讲我们并不需要这一行,但是它可以方便地进行类型检查。第一行保证了特定的结构体(参数type)包含成员变量member。第二行代码会用宏offsetof计算成员变量相对于结构体起始地址的偏移,然后从结构体的地址减去这个偏移,最后就得到了结构体。

当然了list_add 和 list_entry不是

提供的唯一功能。双向链表的实现还提供了如下API:

list_addlist_add_taillist_dellist_replacelist_movelist_is_lastlist_emptylist_cut_positionlist_splicelist_for_eachlist_for_each_entry

等等很多其它API。

关于"Linux内核中双向链表怎么实现"这篇文章的内容就介绍到这里,感谢各位的阅读!相信大家对"Linux内核中双向链表怎么实现"知识都有一定的了解,大家如果还想学习更多知识,欢迎关注行业资讯频道。

结构 变量 内核 地址 指针 类型 指向 设备 双向 数据 就是 节点 偏移 函数 参数 实际 实际上 驱动 不同 一行 数据库的安全要保护哪些东西 数据库安全各自的含义是什么 生产安全数据库录入 数据库的安全性及管理 数据库安全策略包含哪些 海淀数据库安全审计系统 建立农村房屋安全信息数据库 易用的数据库客户端支持安全管理 连接数据库失败ssl安全错误 数据库的锁怎样保障安全 中国 科技 互联网 互联网科技集团 互联网与新科技 互联网科技视频 互联网科技ppt模板 互联网科技美容 成都仁贤领冠互联网科技有限公司 花神(南京)互联网科技有限公司 宜昌元轩互联网科技有限公司 内蒙古九一互联网科技 互联网科技公司营业执照怎么办理 为客找房互联网科技公司怎么样 互联网时代的科技公司 2021互联网科技公司排名 广州有谷有贝互联网科技有限公司 互联网科技包装股 中国科技和美国互联网 保山互联网科技靠谱吗 杭州融税互联网科技有限公司 广东猫王互联网科技有限公司电话 互联网黑科技 互联网科技工作委员会副主任毛军 科技互联网政务服务 万易互联网科技有限公司 睿民互联网科技 深圳互联网科技怎么样 工业互联网展湾科技股份有限公司 沐思想互联网科技有限公司 南通创西澳互联网科技有限公司 互联网科技职业技能培训学校
0