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Linux内核hlist数据结构分析

2024-07-10 07:36:40   224人阅读


     在内核编程中哈希链表hlist使用非常多，比如在openvswitch中流表的存储中就使用了（见[1]）。hlist的表头仅有一个指向首节点的指针，而没有指向尾节点的指针，这样在有很多个buckets的HASH表中存储的表头就能减少一半的空间消耗。
     和hlist相关的数据结构如下，桶中存储的 hlist_head 是具有相同hash值的entry构成的链表，每个entry包含一个 hlist_node 成员，通过它链入到这个哈希链表中。
struct hlist_head {
      struct hlist_node * first;
};

//next指向下一个节点
// pprev指向前一个节点的next域
struct hlist_node {
      struct hlist_node * next, ** pprev;
};

结构图为：


由于头结点和其他节点的类型不一致，这样就不能使用普通的prev指针指向前一个节点（否则处理的时候还要讨论是否是第一个节点，没有通用性），这里设计者的巧妙之处就是pprev指针指向前一个节点的next，统一了后续所有的节点。

一些有用的宏：
//头结点初始化
#define HLIST_HEAD_INIT { .first = NULL }
//构造一个名为name的头结点
#define HLIST_HEAD(name) struct hlist_head name = {  .first = NULL }

//初始化头指针，链表指针
#define INIT_HLIST_HEAD(ptr) ((ptr)->first = NULL)
#define INIT_HLIST_NODE(ptr) ((ptr)->next = NULL, (ptr)->pprev = NULL)

1.删除节点
next得到当前节点的下一个节点，pprev是前一个节点的next字段的地址，那么*pprev就指向的是当前这个节点，那么 *pprev=next 就把当前节点更新为下一个节点了，如果n不是最后一个节点，还要设置next->pprev.
static inline void __hlist_del (struct hlist_node *n)
{
      struct hlist_node *next = n-> next;
      struct hlist_node **pprev = n-> pprev;
     *pprev = next;
      if (next)
          next-> pprev = pprev;
}

static inline void hlist_del (struct hlist_node *n)
{
     __hlist_del(n);
     n-> next = LIST_POISON1;
     n-> pprev = LIST_POISON2;
}

2.插入节点
（1）头插入：让插入的节点成为链表的第一个节点，依次更新相应的指针，示意图如下。
static inline void hlist_add_head (struct hlist_node *n, struct hlist_head *h)
{
      struct hlist_node *first = h-> first;
     n-> next = first;
      if (first)
          first-> pprev = &n-> next;
     h-> first = n;
     n-> pprev = &h-> first;
}
（2）在已知节点next之前/之后插入，通过自己画图，很容易理解清楚。
/* next must be != NULL */
static inline void hlist_add_before (struct hlist_node *n,
                         struct hlist_node *next)
{
     n-> pprev = next->pprev ;
     n-> next = next;
     next-> pprev = &n-> next;
     *(n-> pprev) = n;
}

static inline void hlist_add_after (struct hlist_node *n,
                         struct hlist_node *next)
{
     next-> next = n-> next;
     n-> next = next;
     next-> pprev = &n-> next;

      if(next-> next)
          next-> next-> pprev  = &next-> next;
}

3.通过看一个节点h的pprev是否为空，判断其是否在哈希链表中。
static inline int hlist_unhashed (const struct hlist_node *h)
{
      return !h-> pprev;
}

4.哈希链表的遍历（iterate）相关代码
//通过一个字段member的地址 ptr，得到包含它的容器的地址
#define hlist_entry(ptr, type, member) container_of(ptr,type,member)

//用 pos作为游标来遍历这个链表， prefetch是数据预取
#define hlist_for_each(pos, head) \
      for (pos = (head)->first; pos && ({ prefetch(pos->next); 1; }); \
          pos = pos->next)

#define hlist_for_each_safe(pos, n, head) \
      for (pos = (head)->first; pos && ({ n = pos->next; 1; }); \
          pos = n)

//通用的哈希链表遍历，其中 pos指向当前节点， tpos指向的包含hlist_node的当前结构体的指针
#define hlist_for_each_entry(tpos, pos, head, member)               \
      for (pos = (head)->first;                        \
          pos && ({ prefetch(pos->next); 1;}) &&           \
          ({ tpos = hlist_entry(pos, typeof (*tpos), member); 1;}); \
          pos = pos->next)

/**
 * hlist_for_each_entry_continue - iterate over a hlist continuing after existing point
 * @ tpos: the type * to use as a loop counter.
 * @ pos:  the &struct hlist_node to use as a loop counter.
 * @member:   the name of the hlist_node within the struct.
 */
#define hlist_for_each_entry_continue(tpos, pos, member)           \
      for (pos = (pos)->next;                          \
          pos && ({ prefetch(pos->next); 1;}) &&           \
          ({ tpos = hlist_entry(pos, typeof (*tpos), member); 1;}); \
          pos = pos->next)

/**
 * hlist_for_each_entry_from - iterate over a hlist continuing from existing point
 * @ tpos: the type * to use as a loop counter.
 * @ pos:  the &struct hlist_node to use as a loop counter.
 * @member:   the name of the hlist_node within the struct.
 */
#define hlist_for_each_entry_from(tpos, pos, member)            \
      for (; pos && ({ prefetch(pos->next); 1;}) &&              \
          ({ tpos = hlist_entry(pos, typeof (*tpos), member); 1;}); \
          pos = pos->next)

/**
 * hlist_for_each_entry_safe - iterate over list of given type safe against removal of list entry
 * @ tpos: the type * to use as a loop counter.
 * @ pos:  the &struct hlist_node to use as a loop counter.
 * @n:        another &struct hlist_node to use as temporary storage
 * @head: the head for your list.
 * @member:   the name of the hlist_node within the struct.
 */
#define hlist_for_each_entry_safe(tpos, pos, n, head, member)        \
      for (pos = (head)->first;                        \
          pos && ({ n = pos->next; 1; }) &&                     \
          ({ tpos = hlist_entry(pos, typeof (*tpos), member); 1;}); \
          pos = n)


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