linux内核数据结构之链表
数据结构中linklist的理解
数据结构中linklist的理解LinkList（链表）的理解。
在数据结构中，链表（LinkList）是一种基本的数据结构，它由一系列节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。
链表是一种线性数据结构，它可以用来表示一系列元素的顺序。
与数组不同，链表中的元素在内存中不是连续存储的，而是通过指针相互连接起来的。
这种特性使得链表具有一些独特的优势和应用场景。
链表的基本结构。
链表由节点组成，每个节点包含两部分，数据和指针。
数据部分用来存储元素的值，指针部分用来指向下一个节点。
链表的第一个节点称为头节点，最后一个节点称为尾节点，尾节点的指针指向空值（NULL）。
链表的分类。
链表可以分为单向链表、双向链表和循环链表三种基本类型。
单向链表，每个节点只包含一个指针，指向下一个节点。
双向链表，每个节点包含两个指针，分别指向前一个节点和后一个节点。
循环链表，尾节点的指针指向头节点，形成一个闭环。
不同类型的链表适用于不同的场景，选择合适的链表类型可以提高数据操作的效率。
链表的优势。
链表相对于数组有一些明显的优势：插入和删除操作高效，由于链表中的元素不是连续存储的，插入和删除操作可以在常数时间内完成，而数组中的插入和删除操作需要移动大量元素，时间复杂度为O(n)。
动态扩展，链表的大小可以动态调整，不需要预先分配固定大小的内存空间。
链表的应用场景。
由于链表的优势，它在一些特定的应用场景中得到了广泛的应用：LRU缓存，链表可以用来实现LRU（Least Recently Used）缓存淘汰算法，当缓存空间不足时，链表可以高效地删除最久未使用的元素。
大整数运算，链表可以用来表示大整数，实现大整数的加减乘除运算。
图论算法，在图论算法中，链表常常用来表示图的邻接表，用于表示图中的顶点和边的关系。
链表的实现。
链表的实现可以使用指针或者引用来表示节点之间的关系。
在C语言中，可以使用指针来表示节点之间的连接关系；在Java等语言中，可以使用引用来表示节点之间的连接关系。
linux内核hash表 使用例程
linux内核hash表使用例程Linux内核中的hash表是一种常用的数据结构，用于快速查找和插入数据。
它是一种哈希表，通过将关键字映射到一个固定大小的数组中，并在数组中存储对应的值来实现高效的查找和插入操作。
在Linux内核中，hash表广泛应用于各个子系统中，比如网络子系统、文件系统、进程管理等。
这些子系统需要快速地查找和插入数据，而hash表正是为此而设计的。
hash表的实现方式多种多样，但在Linux内核中，一般采用的是拉链法（chaining）来处理冲突。
具体来说，每个数组元素都是一个链表的头指针，当多个关键字映射到同一个数组元素时，它们会被插入到链表中。
这样，当需要查找某个关键字时，只需要根据关键字的哈希值找到对应的数组元素，然后遍历链表即可。
为了提高查找效率，Linux内核中的hash表还采用了一些优化措施。
例如，为了减少冲突，每个数组元素都会被分成多个桶（bucket），每个桶中存放一条链表。
这样，即使多个关键字映射到同一个数组元素，它们也可以分布在不同的桶中，从而提高查找效率。
为了进一步提高查找效率，Linux内核中的hash表还采用了一种叫做“二次哈希”的技术。
具体来说，每个关键字的哈希值会经过一次次的哈希函数计算，得到一个新的哈希值，然后再根据这个新的哈希值找到对应的数组元素。
这样，即使多个关键字的哈希值相同，它们经过二次哈希后得到的新的哈希值也会不同，从而减少冲突，提高查找效率。
除了拉链法和二次哈希，Linux内核中的hash表还可以采用其他的冲突解决方法，比如开放定址法（open addressing）。
在开放定址法中，当发生冲突时，会根据一定的规则来寻找下一个可用的数组元素，直到找到一个空闲的位置或者遍历完整个数组。
虽然开放定址法的实现比较简单，但由于可能出现聚集现象，导致查找效率下降，因此在Linux内核中使用较少。
总的来说，Linux内核中的hash表是一种高效的数据结构，用于快速查找和插入数据。
Linux内核：RCU机制与使用
Linux内核：RCU机制与使⽤Linux 内核：RCU机制与使⽤背景学习Linux源码的时候，发现很多熟悉的数据结构多了__rcu后缀，因此了解了⼀下这些内容。
介绍RCU（Read-Copy Update）是数据同步的⼀种⽅式，在当前的Linux内核中发挥着重要的作⽤。
RCU主要针对的数据对象是链表，⽬的是提⾼遍历读取数据的效率，为了达到⽬的使⽤RCU机制读取数据的时候不对链表进⾏耗时的加锁操作。
这样在同⼀时间可以有多个线程同时读取该链表，并且允许⼀个线程对链表进⾏修改（修改的时候，需要加锁）。
RCU适⽤于需要频繁的读取数据，⽽相应修改数据并不多的情景，例如在⽂件系统中，经常需要查找定位⽬录，⽽对⽬录的修改相对来说并不多，这就是RCU发挥作⽤的最佳场景。
RCU(Read-Copy Update)，是 Linux 中⽐较重要的⼀种同步机制。
顾名思义就是“读，拷贝更新”，再直⽩点是“随意读，但更新数据的时候，需要先复制⼀份副本，在副本上完成修改，再⼀次性地替换旧数据”。
这是 Linux 内核实现的⼀种针对“读多写少”的共享数据的同步机制。
RCU机制解决了什么在RCU的实现过程中，我们主要解决以下问题：1、在读取过程中，另外⼀个线程删除了⼀个节点。
删除线程可以把这个节点从链表中移除，但它不能直接销毁这个节点，必须等到所有的读取线程读取完成以后，才进⾏销毁操作。
RCU中把这个过程称为宽限期（Grace period）。
2、在读取过程中，另外⼀个线程插⼊了⼀个新节点，⽽读线程读到了这个节点，那么需要保证读到的这个节点是完整的。
这⾥涉及到了发布-订阅机制（Publish-Subscribe Mechanism）。
3、保证读取链表的完整性。
新增或者删除⼀个节点，不⾄于导致遍历⼀个链表从中间断开。
但是RCU并不保证⼀定能读到新增的节点或者不读到要被删除的节点。
RCU(Read-Copy Update)，顾名思义就是读-拷贝修改，它是基于其原理命名的。
list_head 用法
list_head 用法list_head是Linux内核中用于表示链表节点的数据结构，它提供了一些方便的方法来操作链表。
在Linux操作系统中，list_head通常用于表示一个链表的头部，链表的每个节点包含一些数据，而list_head仅包含对链表中下一个节点的指针引用。
list_head的用法非常简单，它主要有以下几个常用的成员变量和方法：1.list_head的成员变量：成员变量包括list_head的next指针和前一个节点的指针prev。
当list_head指向链表的最后一个节点时，prev通常为NULL。
2.list_add方法：用于将一个节点添加到链表的末尾。
该方法需要传入要添加的节点和链表的头节点。
3.list_del方法：用于从链表中删除一个节点。
该方法需要传入要删除的节点。
4.list_empty方法：用于判断链表是否为空。
如果链表为空，则返回TRUE，否则返回FALSE。
5.list_entry方法：用于获取链表中指定索引的节点。
该方法需要传入索引号和头节点。
使用list_head可以方便地遍历链表中的所有节点，也可以方便地添加、删除和查找节点。
下面是一个简单的示例代码，演示了如何使用list_head：```c#include<linux/list_head.h>#include<linux/module.h>structnode{intdata;structlist_headlist;};intmain(void){structnode*node1=kmalloc(sizeof(structnode),GFP_KERNEL);structnode*node2=kmalloc(sizeof(structnode),GFP_KERNEL);structnode*head=NULL;unsignedinti;/*初始化链表头部*/list_add(&head->list,&node1->list);list_add(&node2->list,&head->list);node2->data=1;node1->data=2;/*遍历链表*/printk("Listhead:%p\n",head);printk("Listelements:\n");for(i=0;i<2;i++){printk("Node%d:%d\n",i,list_entry(head->list.next,structnode,list)->data);list_del(&head->list);/*删除头节点*/head=list_entry(head->list.next,structnode,list)->list;/*移动到下一个节点*/}printk("Afterdeletion:\n");printk("Node%d:%d\n",i,head->data);/*打印最后一个节点*/ kfree(node1);kfree(node2);return0;}```在上面的示例代码中，我们首先创建了一个链表，并使用list_add方法将两个节点添加到链表中。
struct list_head的定义
struct list_head的定义struct list_head是Linux内核中一个非常重要的数据结构，其主要作用是实现双向链表，是Linux内核实现链表的基础。
本文将详细介绍struct list_head的定义、使用方法及其重要性。
一、struct list_head的定义struct list_head是一个重要的数据结构，它定义在include/linux/list.h文件中，其定义如下：struct list_head {struct list_head *prev, *next;};其中，prev和next分别表示前一个节点和后一个节点的指针，因此struct list_head可以实现双向链表。
二、struct list_head的使用struct list_head主要用于实现链表，其使用方法如下：1. 初始化链表初始化链表的方法是通过定义一个struct list_head类型的变量，然后将其prev和next指针都指向自己，代码如下：struct list_head my_list = LIST_HEAD_INIT(my_list);2. 插入节点在链表中插入一个节点的方法是通过list_add函数，该函数将新节点插入到链表头部，代码如下：list_add(&new_node->list, &my_list);其中，new_node为新节点的指针，&new_node->list为新节点的struct list_head成员，&my_list为链表头的struct list_head 成员。
3. 删除节点从链表中删除一个节点的方法是通过list_del函数，该函数将节点从链表中删除，代码如下：list_del(&node->list);其中，node为要删除的节点的指针，&node->list为节点的struct list_head成员。
list_for_each_safe的用法
list_for_each_safe的用法list_for_each_safe是Linux内核中的一个宏，用于在遍历一个双向链表时确保遍历过程中的链表修改不会导致出现问题。
在本文中，将详细讨论list_for_each_safe的使用方法以及相关的背景知识。
1. 引言（介绍链表和链表遍历的重要性）链表是计算机科学中常用的数据结构之一，它由一系列节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。
链表的遍历是对链表中的每个元素进行操作或访问的过程。
在操作系统中，特别是在Linux内核中，链表的使用非常广泛。
因此，高效且线程安全的链表遍历方法变得至关重要。
2. 理解安全遍历的需求链表是一个动态数据结构，在遍历链表时，可能会有其他线程或处理器修改链表的结构，比如添加、删除或移动节点。
如果不采取措施来处理这种情况，就可能导致指针丢失或访问无效的节点。
这对于操作系统内核来说是一个严重的问题，因为它们需要保证数据的一致性和稳定性。
list_for_each_safe宏就是为了解决这个问题而设计的。
3. list_for_each_safe的定义和参数在Linux内核源代码中，list_for_each_safe的定义如下：c#define list_for_each_safe(pos, n, head) \for (pos = list_first_entry(head, typeof(*pos), member), \ n = list_next_entry(pos, member); \&pos->member != (head); \pos = n, n = list_next_entry(n, member))在这个宏中，pos表示当前遍历节点的指针，n表示pos的下一个节点的指针，head是链表的头节点。
4. list_for_each_safe的实现原理list_for_each_safe的实现原理非常巧妙。
linux 内核list使用
linux 内核list使用
在Linux内核中，list是一种常用的数据结构，用于实现链表。
它在内核中被广泛使用，包括进程管理、文件系统、网络等多个方面。
在内核中使用list时，有几个常见的操作和用法需要注意：
1. 初始化list，在使用list之前，需要先对其进行初始化。
可以使用宏INIT_LIST_HEAD来初始化一个空的list。
2. 添加元素到list，使用list_add、list_add_tail等函数
可以将新元素添加到list中。
这些函数会在指定位置插入新元素，
并更新相关指针。
3. 遍历list，可以使用list_for_each、
list_for_each_entry等宏来遍历list中的元素。
这些宏会帮助我
们遍历整个list，并执行指定的操作。
4. 删除元素，使用list_del和list_del_init函数可以从
list中删除指定的元素。
需要注意的是，在删除元素之后，需要手
动释放相关资源，以避免内存泄漏。
除了上述基本操作外，list还支持一些高级操作，如合并两个list、反转list等。
在编写内核代码时，合理地使用list可以提高代码的可读性和性能。
总的来说，Linux内核中的list是一种非常灵活和强大的数据结构，合理地使用它可以帮助我们更好地管理和组织数据。
在实际编程中，需要根据具体的需求和场景来选择合适的list操作，以达到最佳的效果。
掌握数据结构中的链表和数组的应用场景
掌握数据结构中的链表和数组的应用场景链表和数组都是常用的数据结构，它们在不同的场景下有不同的应用。
一、链表的应用场景：1.链表适合动态插入和删除操作：链表的插入和删除操作非常高效，只需修改指针的指向，时间复杂度为O(1)。
因此，当需要频繁进行插入和删除操作时，链表是一个很好的选择。
-操作系统中的进程控制块（PCB）：操作系统需要频繁地创建、停止、销毁进程，使用链表存储这些PCB，可以方便地插入、删除和管理进程。
-聊天记录：在聊天应用中，新的消息会动态插入到聊天记录中，使用链表存储聊天记录可以方便地插入新消息。
2.链表节省内存空间：每个节点只需存储当前元素和指向下一个节点的指针，不需要像数组一样预分配一块连续的内存空间，因此链表对内存空间的利用更加灵活。
-操作系统中的内存管理：操作系统使用链表来管理空闲内存块和已分配的内存块，可有效节省内存空间。
3.链表支持动态扩展：链表的长度可以随时变化，可以动态地扩容和缩容。
-缓存淘汰算法：在缓存中，如果链表已满，当有新数据需要加入缓存时，可以通过删除链表头部的节点来腾出空间。
4.链表可以快速合并和拆分：将两个链表合并成一个链表只要调整指针的指向即可，时间复杂度为O(1)。
-链表排序：在排序算法中，链表归并排序利用链表快速合并的特性，使得归并排序在链表上更高效。
二、数组的应用场景：1.随机访问：数组可以根据索引快速访问元素，时间复杂度为O(1)。
-图像处理：图像通常以像素点的形式存储在数组中，可以通过索引快速访问某个特定像素点的颜色信息。
2.内存连续存储：数组的元素在内存中是连续存储的，可以利用硬件缓存机制提高访问效率。
-矩阵运算：矩阵可以通过二维数组来表示，利用矩阵的连续存储特性，可以高效地进行矩阵运算。
3.大数据存储：数组可以预先分配一块连续的内存空间，非常适合存储大量的数据。
-数据库中的数据表：数据库中的数据表通常使用数组来实现，可以快速存取和处理大量的数据。
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linux内核数据结构之链表1、前言最近写代码需用到链表结构，正好公共库有关于链表的。
第一眼看时，觉得有点新鲜，和我之前见到的链表结构不一样，只有前驱和后继指针，而没有数据域。
后来看代码注释发现该代码来自linux内核，在linux 源代码下include/Lish.h下。
这个链表具备通用性，使用非常方便。
只需要在结构定义一个链表结构就可以使用。
2、链表介绍链表是非常基本的数据结构，根据链个数分为单链表、双链表，根据是否循环分为单向链表和循环链表。
通常定义定义链表结构如下：typedef struct node{ElemType data; //数据域struct node *next; //指针域}node, *list;链表中包含数据域和指针域。
链表通常包含一个头结点，不存放数据，方便链表操作。
单向循环链表结构如下图所示：双向循环链表结构如下图所示：这样带数据域的链表降低了链表的通用性，不容易扩展。
linux内核定义的链表结构不带数据域，只需要两个指针完成链表的操作。
将链表节点加入数据结构，具备非常高的扩展性，通用性。
链表结构定义如下所示：struct list_head {struct list_head *next, *prev;};链表结构如下所示：需要用链表结构时，只需要在结构体中定义一个链表类型的数据即可。
例如定义一个app_info链表，1 typedef struct application_info3uint32_t app_id;4uint32_t up_flow;5uint32_t down_flow;6struct list_head app_info_head; //链表节点7 }app_info;定义一个app_info链表，app_info app_info_list;通过app_info_head进行链表操作。
根据C语言指针操作，通过container_of和offsetof，可以根据app_info_head的地址找出app_info的起始地址，即一个完整ap_info结构的起始地址。
可以参考：/Anker/p/3472271.html。
3、linux内核链表实现内核实现的是双向循环链表，提供了链表操作的基本功能。
（1）初始化链表头结点#define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }#define LIST_HEAD(name) \struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name)static inline void INIT_LIST_HEAD(struct list_head *list){list->next = list;list->prev = list;}LIST_HEAD宏创建一个链表头结点，并用LIST_HEAD_INIT宏对头结点进行赋值，使得头结点的前驱和后继指向自己。
INIT_LIST_HEAD函数对链表进行初始化，使得前驱和后继指针指针指向头结点。
（2）插入节点1static inline void __list_add(struct list_head *new,2struct list_head *prev,3struct list_head *next)4 {5next->prev = new;6new->next = next;7new->prev = prev;8prev->next = new;9 }1011static inline void list_add(struct list_head *new, struct list_head *head)12 {13__list_add(new, head, head->next);14 }1516static inline void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head)17 {18__list_add(new, head->prev, head);插入节点分为从链表头部插入list_add和链表尾部插入list_add_tail，通过调用__list_add函数进行实现，head->next指向之一个节点，head->prev指向尾部节点。
（3）删除节点1static inline void __list_del(struct list_head * prev, struct list_head * next)2 {3next->prev = prev;4prev->next = next;5 }67static inline void list_del(struct list_head *entry)8 {9__list_del(entry->prev, entry->next);10entry->next = LIST_POISON1;11entry->prev = LIST_POISON2;12 }从链表中删除一个节点，需要改变该节点前驱节点的后继结点和后继结点的前驱节点。
最后设置该节点的前驱节点和后继结点指向LIST_POSITION1和LIST_POSITION2两个特殊值，这样设置是为了保证不在链表中的节点项不可访问，对LIST_POSITION1和LIST_POSITION2的访问都将引起页故障/** These are non-NULL pointers that will result in page faults* under normal circumstances, used to verify that nobody uses* non-initialized list entries.*/#define LIST_POISON1 ((void *) 0x00100100 + POISON_POINTER_DELTA)#define LIST_POISON2 ((void *) 0x00200200 + POISON_POINTER_DELTA)（4）移动节点1/**2* list_move - delete from one list and add as another's head3* @list: the entry to move4* @head: the head that will precede our entry5*/6static inline void list_move(struct list_head *list, struct list_head *head)7 {8__list_del(list->prev, list->next);9list_add(list, head);10 }1112/**13* list_move_tail - delete from one list and add as another's tail14* @list: the entry to move15* @head: the head that will follow our entry16*/17static inline void list_move_tail(struct list_head *list,18struct list_head *head)20__list_del(list->prev, list->next);21list_add_tail(list, head);22 }move将一个节点移动到头部或者尾部。
（5）判断链表1/**2* list_is_last - tests whether @list is the last entry in list @head3* @list: the entry to test4* @head: the head of the list5*/6static inline int list_is_last(const struct list_head *list,7const struct list_head *head)8 {9return list->next == head;10 }1112/**13* list_empty - tests whether a list is empty14* @head: the list to test.15*/16static inline int list_empty(const struct list_head *head)17 {18return head->next == head;19 }list_is_last函数判断节点是否为末尾节点，list_empty判断链表是否为空。
（6）遍历链表1/**2* list_entry - get the struct for this entry3* @ptr: the &struct list_head pointer.4* @type: the type of the struct this is embedded in.5* @member: the name of the list_struct within the struct.6*/7#define list_entry(ptr, type, member) \8container_of(ptr, type, member)910/**11* list_first_entry - get the first element from a list12* @ptr: the list head to take the element from.13* @type: the type of the struct this is embedded in.14* @member: the name of the list_struct within the struct.15*16* Note, that list is expected to be not empty.17*/18#define list_first_entry(ptr, type, member) \19list_entry((ptr)->next, type, member)22* list_for_each - iterate over a list23* @pos: the &struct list_head to use as a loop cursor.24* @head: the head for your list.25*/26#define list_for_each(pos, head) \27for (pos = (head)->next; prefetch(pos->next), pos != (head); \28pos = pos->next)宏list_entity获取链表的结构，包括数据域。