内核数据结构
更新时间：2019年5月25日17:40:39
内核数据结构
内核的数据结构主要有：链表、队列、映射和红黑树。
参考文献：
https://www.cnblogs.com/wang_yb/archive/2013/04/16/3023892.html
《内核设计与实现》
实验环境
Linux 4.14.120
链表
链表的结构体：
struct list_head{
struct list_head *next;
};
内核的链表与常规链表不同，内核链表节点是数据链表的一个成员变量，结构如下图（图片参考自博客）。
将内核链表内嵌至用户数据的链表：
struct node{
int data_;
struct list_head list_;
}
链表API:
- 初始化链表头：
INIT_HEAD(tmp_head),tmp_head不用事先定义，在宏中被定义，tmp_head本质上一个特殊的索引指针，充当链表的头节点，但是由于链表是双向循环链表，因此也可以选取任何一个环内节点作为头结点； - 初始化动态创建的用户数据节点（i.e.,链表节点）：
INIT_LIST_HEAD(&tmp->list_),tmp为节点指针，节点动态创建，可参考下面实例程序； - 向链表增加节点，
list_add(struct list_head *new, struct list_head *head)和list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head) - 遍历，
list_for_each_entry是宏，填入参数:
list_for_each_entry(pos, head, member){ // struct node *, struct list_head *，struct list_head
/* codes */
}
遍历同时删除：list_for_each_entry_safe(pos, next, head, member)，next类型与pos相同，因为链表在删除的时候需要两种指针，另一个指针指向删除的下一个节点（这是链表循环删除操作的常规范式）；反向遍历：XXX_reverse；
5. 删除链表节点：list_del(struct list_head *entry)
6. 移动链表节点：前面list_move(struct list_head *list, struct list_head *head)，后面list_move_tail(struct list_head *list, struct list_head *head)
7. 检查链表为空：list_empty(struct list_head *head)
8. 合并链表：list_splice(struct list_head *list, struct list_head *head)，并且初始化list，list_splice_init(struct list_head *list, struct list_head *head)
测试例程：
#include 队列
- 创建队列，
int kfifo_alloc(struct kfifo *fifo, unsigned int size, gfp_t gft_mask)（内核自动分配缓冲区）或者void kfifo_init(struct kfifo *fifo, void *buffer, unsigned int size)（缓冲区由buffer指定），size是2的幂； - 入队，
unsigned int kfifo_in(struct kfifo *fifo, const void *from, unsigned int len);返回值入队字节数； - 出队，
unsigned int kfifo_out(struct kfifo *fifo, const void *to, unsigned int len);，出队会移除队头数据，若不移除队列元素，可以使用unsigned int kfifo_out_peek(struct kfifo *fifo, const void *to, unsigned int len,unsigned offset);，查看在偏移offset处的数据； - 存储kfifo队列的空间大小（以字节为单位）
static inline unsigned int kfifo_size(struct kfifo *fifo)，kfifo队列以入队的数据大小static inline unsigned int kfifo_len(struct kfifo *fifo)，队列可用空间static inline unsigned int kfifo_avail(struct kfifo *fifo)，队列空/满static inline unsigned int kfifo_is_empty(struct kfifo *fifo);static inline unsigned int kfifo_is_full(struct kfifo *fifo); - 重置队列（i.e.,清空）
static inline void kfifo_reset(struct kfifo *fifo)，释放kfifo_alloc分配的队列,kfifo_free(struct kfifo *)
测试例程：
#include 映射
目前网上和书上介绍是函数有int idr_pre_get(struct idr *idp, gfp_t gft_mask)（调整后备树大小，i.e.,增加映射表空间，因为idr底层是radix_tree实现的）和int idr_get_new(struct idr *idp, void *ptr, int *id)（获取新的UID存放于id，并且将ptr与id关联），但是不同版本的Linux定义不同，因此对映射类型不做详细阐述，用时再做探讨，下面提供一个例程：
#include 红黑树
红黑树以后在介绍。