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PUB:20151122 Doubly linked list in the Linux Kernel

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@oska874 @tinyeyeser
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@ -4,10 +4,9 @@ Linux 内核里的数据结构——双向链表
双向链表 双向链表
-------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------
Linux 内核中自己实现了双向链表，可以在 [include/linux/list.h](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/include/linux/list.h) 找到定义。我们将会首先从双向链表数据结构开始介绍**内核里的数据结构**。为什么？因为它在内核里使用的很广泛，你只需要在 [free-electrons.com](http://lxr.free-electrons.com/ident?i=list_head) 检索一下就知道了。
Linux 内核自己实现了双向链表，可以在[include/linux/list.h](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/include/linux/list.h)找到定义。我们将会从双向链表数据结构开始介绍`内核里的数据结构`。为什么？因为它在内核里使用的很广泛，你只需要在[free-electrons.com](http://lxr.free-electrons.com/ident?i=list_head) 检索一下就知道了。 首先让我们看一下在 [include/linux/types.h](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/include/linux/types.h) 里的主结构体：
首先让我们看一下在[include/linux/types.h](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/include/linux/types.h) 里的主结构体：
```C ```C
struct list_head { struct list_head {
@ -15,7 +14,7 @@ struct list_head {
}; };
``` ```
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](http://www.gnu.org/software/libc/) 库里是这样实现的： 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](http://www.gnu.org/software/libc/) 库里是这样实现的：
```C ```C
struct GList { struct GList {
@ -25,7 +24,7 @@ struct GList {
}; };
``` ```
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`。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。 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： 比如：
@ -36,7 +35,7 @@ struct nmi_desc {
}; };
``` ```
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](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/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： 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](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/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：
```C ```C
#define MISC_MAJOR 10 #define MISC_MAJOR 10
@ -68,7 +67,7 @@ crw------- 1 root root 10, 63 Mar 21 12:01 vga_arbiter
crw------- 1 root root 10, 137 Mar 21 12:01 vhci crw------- 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`： 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`：
```C ```C
struct miscdevice struct miscdevice
@ -97,13 +96,13 @@ static LIST_HEAD(misc_list);
struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(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。 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。
```C ```C
#define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) } #define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }
``` ```
现在来看看注册杂项设备的函数`misc_register`。它在开始就用函数 `INIT_LIST_HEAD` 初始化了`miscdevice->list`。 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`。
```C ```C
INIT_LIST_HEAD(&misc->list); INIT_LIST_HEAD(&misc->list);
@ -125,7 +124,7 @@ static inline void INIT_LIST_HEAD(struct list_head *list)
list_add(&misc->list, &misc_list); 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： 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：
```C ```C
@ -205,9 +204,9 @@ int main() {
} }
``` ```
最终会打印`2` 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。让我们看一个简单的例子： 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。让我们看一个简单的例子：
```C ```C
#include <stdio.h> #include <stdio.h>
@ -236,21 +235,23 @@ int main() {
当然了`list_add` 和 `list_entry`不是`<linux/list.h>`提供的唯一功能。双向链表的实现还提供了如下API： 当然了`list_add` 和 `list_entry`不是`<linux/list.h>`提供的唯一功能。双向链表的实现还提供了如下API：
* list_add * list\_add
* list_add_tail * list\_add\_tail
* list_del * list\_del
* list_replace * list\_replace
* list_move * list\_move
* list_is_last * list\_is\_last
* list_empty * list\_empty
* list_cut_position * list\_cut\_position
* list_splice * list\_splice
* list_for_each * list\_for\_each
* list_for_each_entry * list\_for\_each\_entry
等等很多其它API。 等等很多其它API。
via: https://github.com/0xAX/linux-insides/edit/master/DataStructures/dlist.md ----
via: https://github.com/0xAX/linux-insides/blob/master/DataStructures/dlist.md
译者：[Ezio](https://github.com/oska874) 译者：[Ezio](https://github.com/oska874)
校对：[Mr小眼儿](https://github.com/tinyeyeser) 校对：[Mr小眼儿](https://github.com/tinyeyeser)