Linux内核设计与实现——内核数据结构

主要内容

• 链表
  
• 队列
  
• 映射
  
• 二叉树
  

1. 链表

• 单向链表、双向链表
  
• 环形链表
  

linux内核中的链表使用方法和一般数据结构中界说的链表是有所差别的。
传统链表：

传统双向链表.png
传统的链表有个最大的缺点就是欠好共通化，因为每个node中的data1，data2等等都是不确定的(无论是个数照旧类型)。
linux中的链表巧妙的管理了这个问题，linux的链表不是将用户数据生存在链表节点中，而是将链表节点生存在用户数据中。
linux的链表节点只有2个指针(pre和next)，这样的话，链表的节点将独立于用户数据之外，便于实现链表的共同操纵。
Linux内核链表：

linux内核双向链表.png
最大的问题在于，怎样通过链表的节点来取得用户数据？
答案是通过container_of()宏

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

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• type一般是个结构体，也就是包含用户数据和链表节点的结构体。
  
• ptr是指向type中链表节点的指针
  
• member则是type中界说链表节点是用的名字
  

比如：

1. struct student{    int id;    char* name;    struct list_head list;};

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• type是struct student
  
• ptr是指向stuct list的指针，也就是指向member类型的指针
  
• member就是 list
  

下面分析一下container_of宏:

1. // 步调1：将数字0强制转型为type*，然后取得此中的member元素((type *)0)->member  // 相当于((struct student *)0)->list// 步调2：界说一个暂时变量__mptr，并将其也指向ptr所指向的链表节点const typeof(((type *)0)->member)*__mptr = (ptr);// 步调3：盘算member字段隔断type中第一个字段的隔断，也就是type地点和member地点之间的差// offset(type, member)也是一个宏，界说如下：#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)// 步调4：将__mptr的地点 - type地点和member地点之间的差// 其实也就是获取type的地点

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步调1，2，4比力容易明确，下面的图以sturct student为例进行说明步调3：

• 首先需要知道 ((TYPE *)0) 体现将地点0转换为 TYPE 类型的地点
  
• 由于TYPE的地点是0，所以((TYPE *)0)->MEMBER 也就是 MEMBER的地点和TYPE地点的差，如下图所示：
  

明确步调3.png
2. 队列

FIFO，没啥好说的

• 队列的size在初始化时，始终设定为2的n次方
  
• 使用队列之前将队列结构体中的锁(spinlock)释放
  

3. 映射

雷同于python里的字典
散列表是一种映射，但自平衡二叉树搜索树也能实现存储数据，比如C++中map就是红黑树嘛，在最坏情况下能有更好的体现
Linux内核中的映射叫idr，目标是映射一个位于id标识数UID到一个指针
4. 红黑树

5. 算法复杂度

大o符号代表上限（更差情况）
大θ符号代表最小上限
文末给各人分享几个Linux内核的视频解说：

1、linux内核，进程调理器的实现，完全公平调理器 CFS：https://www.bilibili.com/video/BV1hf4y1B7Yg/
2、 Linux内核丨红黑树 | 设计模式与算法：https://www.bilibili.com/video/BV1ig4y1v7So/
3、Linux内核学习视频来啦，这么学，才简朴：https://www.bilibili.com/video/BV1m54y127Mb/
附上一份Linux内核学习大纲：

 
 
 
 
 

来源：https://blog.csdn.net/Linuxhus/article/details/111936014
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