Linux 内核通用链表学习小结

我来为你详细讲解一下“Linux 内核通用链表学习小结”的完整攻略。

什么是Linux内核通用链表？

Linux内核通用链表是Linux内核中用来实现链表数据结构的通用模板，它可以被用来实现各种不同类型的链表，比如双向链表、循环链表等。Linux内核通用链表的实现非常高效，它比普通的链表数据结构更快，在Linux内核中被广泛使用。

如何使用Linux内核通用链表？

使用Linux内核通用链表需要遵守一定的使用规范，主要包括以下几个步骤：

定义一个链表节点结构体

我们需要定义一个结构体来表示链表中的每一个节点，通常包括 struct list_head 和其他我们需要存储的数据。其中 struct list_head 是 Linux 内核通用链表模板中的一个结构体，用来存储链表节点的前后关系。一个 typdef 可以方便我们对链表中的数据类型进行管理。

typedef struct {
    int value;
    struct list_head list;
} my_node_t;

初始化链表

在使用链表之前，我们需要先进行链表初始化。我们可以定义一个 struct list_head 类型的变量来表示链表头，然后使用 INIT_LIST_HEAD 宏来将其初始化为空链表。

struct list_head my_list;
INIT_LIST_HEAD(&my_list);

添加节点

我们可以使用 list_add 宏来将一个节点添加到链表中。这个宏的第一个参数是指向要添加的节点的 struct list_head 指针，第二个参数是指向链表头的 struct list_head 指针。

my_node_t *new_node = (my_node_t *)malloc(sizeof(my_node_t));
new_node->value = 1;
INIT_LIST_HEAD(&new_node->list);
list_add(&new_node->list, &my_list);

遍历链表

我们可以使用 list_for_each_entry 宏来遍历链表中的所有节点。这个宏的第一个参数是节点结构体的类型，第二个参数是指向链表头的 struct list_head 指针，第三个参数是表示节点在节点结构体中的成员变量名。

my_node_t *pos;
list_for_each_entry(pos, &my_list, list) {
    printf("%d\n", pos->value);
}

示例说明

下面举两个使用Linux内核通用链表的示例说明：

示例一：使用Linux内核通用链表实现基于时间的事件调度

我们可以使用Linux内核通用链表来实现一个基于时间的事件调度系统。具体实现方法如下：

定义一个用于表示事件的节点结构体，包括事件触发时间和事件处理函数等信息。

typedef struct {
    unsigned long expires;
    void (*handler)(void *);
    void *arg;
    struct list_head entry;
} timer_event_t;

定义一个用于存储事件的链表头。

static LIST_HEAD(timer_list);

添加定时事件到链表中。

我们可以使用 list_add 宏将事件添加到链表中。

timer_event_t *new_event = (timer_event_t *)malloc(sizeof(timer_event_t));
new_event->expires = jiffies + timeout;
new_event->handler = callback;
new_event->arg = arg;
INIT_LIST_HEAD(&new_event->entry);
list_add(&new_event->entry, &timer_list);

处理定时事件。

我们可以使用 list_for_each_entry_safe 宏遍历链表中的所有事件，并检查是否有事件触发时间到达了。如果有，我们就执行相应的事件处理函数，并将该事件从链表中删除。

timer_event_t *pos, *n;
list_for_each_entry_safe(pos, n, &timer_list, entry) {
    if (time_after(jiffies, pos->expires)) {
        pos->handler(pos->arg);
        list_del(&pos->entry);
        free(pos);
    }
}

示例二：使用Linux内核通用链表实现高效的内存池

我们可以使用Linux内核通用链表来实现一个高效的内存池。具体实现方法如下：

定义一个用于表示内存块的节点结构体，包括内存块大小和下一个空闲内存块的指针等信息。

typedef struct {
    size_t size;
    void *data;
    struct list_head list;
} mem_block_t;

定义一个用于存储空闲内存块的链表头。

static LIST_HEAD(free_list);

初始化内存池。

我们可以在程序启动时将一定数量的内存块从系统中申请出来，并添加到空闲内存块的链表中。

void mem_pool_init(size_t block_size, int block_count) {
    int i;
    for (i = 0; i < block_count; i++) {
        void *p = malloc(block_size);
        mem_block_t *new_block = (mem_block_t *)malloc(sizeof(mem_block_t));
        new_block->size = block_size;
        new_block->data = p;
        INIT_LIST_HEAD(&new_block->list);
        list_add(&new_block->list, &free_list);
    }
}

从内存池中分配内存块。

当我们需要从内存池中分配内存块时，我们可以从空闲内存块的链表中取出一个内存块并返回其数据地址。

void *mem_pool_alloc(size_t size) {
    mem_block_t *pos;
    list_for_each_entry(pos, &free_list, list) {
        if (pos->size >= size) {
            void *data = pos->data;
            list_del(&pos->list);
            free(pos);
            return data;
        }
    }
    return NULL;
}

回收内存块。

当我们使用完一个内存块后，我们应该将其返回到内存池中，这个操作可以通过添加一个新的节点到空闲内存块的链表来完成。

void mem_pool_free(void *data) {
    mem_block_t *new_block = (mem_block_t *)malloc(sizeof(mem_block_t));
    new_block->size = 0;
    new_block->data = data;
    INIT_LIST_HEAD(&new_block->list);
    list_add(&new_block->list, &free_list);
}

以上就是使用Linux内核通用链表的两个示例。通过这些示例我们可以了解到，在Linux内核中使用通用链表来实现各种复杂的数据结构是多么的简单和高效。

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