Linux内核开发基础 --- 使用链表管理多设备

Linux中一个驱动往往需要管理多个设备，驱动程序中需要跟踪每个设备。链表在此就发挥了很强的作用，内核中实现的是循环双链表，这个结构可以满足FIFO和LIFO的需要。内核需要保持最少的代码，不宜实现冗余的数据结构。
下面我将该数据结构分为节点和对节点的操作API两大部分去讲解。

Node

一个链表节点包含数据域和指针域，内核帮我们设计好了指针域struct list_head ，这个结构体往往被包含在其他需要被链表管理的结构内。
举个例子：
我们需要管理许多个汽车设备，汽车结构体的定义如下：

struct car {    
	int door_number;     
	char *color;      
	char *model; 
 };
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这里面目前只有数据域，想要用链表管理，需要嵌入指针域：

struct car {     
	int door_number;     
	char *color;     
	char *model;     
	struct list_head list; /*内核的表结构 */ 
};
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这样，一个设备节点也就制作出来了。
有了数据结构还需要在其上的操作，也就是API。

API0 — Init

首先需要的是链表初始化操作，内核使用宏定义和函数分别设计出一个双链表的初始化操作。

#define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }
 
#define LIST_HEAD(name) \
	struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name)
 
static inline void INIT_LIST_HEAD(struct list_head *list)
{
	list->next = list;
	list->prev = list;
}
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如果使用LIST_HEAD宏定义去初始化：

LIST_HEAD(carlist)
//这个操作等于
struct list_head carlist = LIST_HEAD_INIT(carlist)
struct list_head carlist = {&carlist , &carlist};
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这就定义了一个struct list_head类型的变量carlist，并且对其做了经典的初始化，next指针和prev指针都回指向自己。
有了初始化操作，在我们创建好节点实例后皆可以直接初始化嵌入在其中的list_head成员了

struct car *pinkcar = kzalloc(sizeof(struct car),GPF_KERNEL);
LIST_HEAD_INIT(pinkcar->list);
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API1 — Add

内核设计了list_add操作用于向双链表中插入新节点

/**
 * list_add - add a new entry
 * @new: new entry to be added
 * @head: list head to add it after
 *
 * Insert a new entry after the specified head.
 * This is good for implementing stacks.
 */
static inline void list_add(struct list_head *new, struct list_head *head)
{
	__list_add(new, head, head->next);
}

/*
 * Insert a new entry between two known consecutive entries.
 *
 * This is only for internal list manipulation where we know
 * the prev/next entries already!
 */
static inline void __list_add(struct list_head *new,
			      struct list_head *prev,
			      struct list_head *next)
{
	if (!__list_add_valid(new, prev, next))
		return;
 
	next->prev = new;
	new->next = next;
	new->prev = prev;
	WRITE_ONCE(prev->next, new);
}
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可见这是头插法
当然也实现了尾插法：

/**
 * list_add_tail - add a new entry
 * @new: new entry to be added
 * @head: list head to add it before
 *
 * Insert a new entry before the specified head.
 * This is useful for implementing queues.
 */
static inline void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head)
{
	__list_add(new, head->prev, head);
}
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API2 — Del

删除节点使用list_del

static inline void list_del(struct list_head *entry)
{
	__list_del_entry(entry);
	entry->next = LIST_POISON1;
	entry->prev = LIST_POISON2;
}

/*
 * Delete a list entry by making the prev/next entries
 * point to each other.
 *
 * This is only for internal list manipulation where we know
 * the prev/next entries already!
 */
static inline void __list_del(struct list_head * prev, struct list_head * next)
{
	next->prev = prev;
	WRITE_ONCE(prev->next, next);
}
 
/**
 * list_del - deletes entry from list.
 * @entry: the element to delete from the list.
 * Note: list_empty() on entry does not return true after this, the entry is
 * in an undefined state.
 */
static inline void __list_del_entry(struct list_head *entry)
{
	if (!__list_del_entry_valid(entry))
		return;
 
	__list_del(entry->prev, entry->next);
}
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