深入分析 Linux作業系統的核心鍊錶三

三、鍊錶操作介面

1. 宣告和初始化

實際上 linux 只定義了鍊錶節點，並沒有專門定義煉表頭，那麼乙個鍊錶結構是如何建立起來的呢？讓我們來看看 list_head() 這個巨集：

#define list_head_init(name)  
#define list_head(name) struct list_head name = list_head_init(name)

當我們用 list_head(nf_sockopts) 宣告乙個名為 nf_sockopts 的煉表頭時，它的 next、prev 指標都初始化為指向自己，這樣，我們就有了乙個空鍊錶，因為linux 用頭指標的 next 是否指向自己來判斷鍊錶是否為空：

static inline int list_empty(const struct list_head *head)

除了用 list_head() 巨集在宣告的時候初始化乙個鍊錶以外，linux 還提供了乙個 init_list_head 巨集用於執行時初始化鍊錶：

#define init_list_head(ptr) do  while (0)

我們用 init_list_head(&nf_sockopts) 來使用它。

2. 插入/刪除/合併

a) 插入

對鍊錶的插入操作有兩種：在表頭插入和在表尾插入。linux為此提供了兩個介面：

static inline void list_add
(struct list_head *new, struct list_head *head); 
static inline void list_add_tail
(struct list_head *new, struct list_head *head);

因為 linux 鍊錶是迴圈表，且表頭的 next、prev 分別指向鍊錶中的第乙個和最末乙個節點，所以，list_add 和 list_add_tail 的區別並不大，實際上，linux 分別用

__list_add(new, head, head->next);

和

__list_add(new, head->prev, head);

來實現兩個介面，可見，在表頭插入是插入在 head 之後，而在表尾插入是插入在 head->prev 之後。

假設有乙個新 nf_sockopt_ops 結構變數 new_sockopt 需要新增到 nf_sockopts 煉表頭，我們應當這樣操作：

list_add(&new_sockopt.list, &nf_sockopts);

從這裡我們看出，nf_sockopts 鍊錶中記錄的並不是 new_sockopt 的位址，而是其中的 list 元素的位址。如何通過鍊錶訪問到 new_sockopt 呢？下面會有詳細介紹。

b) 刪除

static inline void list_del(struct list_head *entry);

當我們需要刪除 nf_sockopts 鍊錶中新增的 new_sockopt 項時，我們這麼操作：

list_del(&new_sockopt.list);

被剔除下來的 new_sockopt.list，prev、next 指標分別被設為 list_position2 和 list_position1 兩個特殊值，這樣設定是為了保證不在鍊錶中的節點項不可訪問--對 list_position1 和 list_position2 的訪問都將引起頁故障。與之相對應， list_del_init() 函式將節點從煉表中解下來之後，呼叫 list_init_head() 將節點置為空鏈狀態。

c) 搬移

linux 提供了將原本屬於乙個鍊錶的節點移動到另乙個鍊錶的操作，並根據插入到新鍊錶的位置分為兩類：

static inline void list_move
(struct list_head *list, struct list_head *head); 
static inline void list_move_tail
(struct list_head *list, struct list_head *head);

例如 list_move(&new_sockopt.list,&nf_sockopts) 會把 new_sockopt 從它所在的鍊錶上刪除，並將其再鏈入 nf_sockopts 的表頭。

d) 合併

除了針對節點的插入、刪除操作，linux鍊錶還提供了整個鍊錶的插入功能：

static inline void list_splice
(struct list_head *list, struct list_head *head);

假設當前有兩個鍊錶，表頭分別是 list1 和 list2（都是 struct list_head 變數），當呼叫 list_splice(&list1,&list2) 時，只要 list1 非空，list1鍊錶的內容將被掛接在 list2 鍊錶上，位於 list2 和 list2.next（原 list2 表的第乙個節點）之間。新 list2 鍊錶將以原 list1 表的第乙個節點為首節點，而尾節點不變。如圖（虛箭頭為next指標）：

當 list1 被掛接到 list2 之後，作為原表頭指標的 list1 的 next、prev 仍然指向原來的節點，為了避免引起混亂，linux 提供了乙個 list_splice_init() 函式：

static inline void list_splice_init
(struct list_head *list, struct list_head *head);

該函式在將 list 合併到 head 鍊錶的基礎上，呼叫 init_list_head(list) 將 list 設定為空鏈。

3. 遍歷

遍歷是鍊錶最經常的操作之一，為了方便核心應用遍歷鍊錶，linux鍊錶將遍歷操作抽象成幾個巨集。在介紹遍歷巨集之前，我們先看看如何從鍊錶中訪問到我們真正需要的資料項。

a) 由鍊錶節點到資料項變數

我們知道，linux鍊錶中僅儲存了資料項結構中 list_head 成員變數的位址，那麼我們如何通過這個 list_head 成員訪問到作為它的所有者的節點資料呢？linux 為此提供了乙個 list_entry(ptr,type,member) 巨集，其中ptr是指向該資料中 list_head 成員的指標，也就是儲存在鍊錶中的位址值，type 是資料項的型別，member 則是資料項型別定義中 list_head 成員的變數名，例如，我們要訪問 nf_sockopts 鍊錶中首個 nf_sockopt_ops 變數，則如此呼叫：

list_entry(nf_sockopts->next, struct nf_sockopt_ops, list);

這裡 "list" 正是 nf_sockopt_ops 結構中定義的用於鍊錶操作的節點成員變數名。

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