内核链表学习

1. 学习背景：一个openresty版本项目共享内存设置2G，由于数据存储冗余太大，运行半年后，随着业务的增长内存不够用了，应急方案是调整共享内存。

   为长远考虑，故想学习一下改项目内核版本是怎么存储的，来精简内存的使用，但是内核代码各种链表操作，看了几遍越看越蒙逼，这啥玩愣，一个链表嵌套一个链表的....

2. 结构定义：

struct list_head

{

    struct list_head *next, *prev;

};

原因：为了做到通用性，链表定义中并不包含数据项，跟书本中的定义不一致；

2. 如何使用呢？

链表中不包含数据项，那只能在自定义的结构中包含链表节点了，及一般在自定义的结构中包含struct list_head *list 这样一个成员；

首先来看，如何添加一个节点呢

list_add(&new_sockopt.list, &nf_sockopts);

会把new_sockopt加入到nf_sockopts链表中，注意！！！这里传入的不是new_sockopt的地址，而是new_sockopt.list的地址

那么如何通过链表访问到包含它的宿主结构呢？即你只把链表节点list(struct list_head*) 加入到nf_sockopts中，如何通过list访问到new_sockopt呢，因为这个结构体中才包含了我自定的数据呀

内核链表定义了如下接口，通过该接口可以实现由结构体内部变量获取结构体起始地址；

list_entry(ptr, type, member)

ptr: 指向链表节点的指针，对比上一步的就是list节点

type: 自定义数据结构类型

member: 自定义结构中struct list_head成员的变量名

#define list_entry(ptr, type, member) container_of(ptr, type, member)
container_of宏定义在[include/linux/kernel.h]中：
#define container_of(ptr, type, member) ({			\
        const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);	\
        (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})
offsetof宏定义在[include/linux/stddef.h]中：
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)

这个offsetof网上解释有很多，我找来一个拷贝如下：

  

   #define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
先分析一下这个 宏的运行机理：
一共4步 
   
1. ( (TYPE *)0 ) 将零转型为TYPE类型指针; 
   
2. ((TYPE *)0)->MEMBER 访问结构中的数据成员; 
   
3. &( ( (TYPE *)0 )->MEMBER )取出数据成员的地址; 这个实现相当于获取到了 MEMBER 成员相对于其所在结构体的偏移，也就是其在对应结构体中的什么位置。
4.(size_t)(&(((TYPE*)0)->MEMBER))结果转换类型。巧妙之处在于将0转 换成(TYPE*)，结构以内存空间首地址0作为起始地址，则成员地址自然为偏移地址；
  
  

   
&操作如果是对一个表达式，而不是一个标识符，会取消操作，而不是添加。
比如&*a，会直接把a的地址求出来，不会访问*a。
&a->member，会把访问a->member的操作取消，只会计算出a->member的地址
  
  

   http://blog.sina.com.cn/s/blog_4c2e13ff0102uznz.html

  

写个简单的例子梳理下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define offsetof(type, member) (size_t)&(((type*)0)->member)

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

typedef struct student
{
    int  id; 
    int  age;
}student;

int main()
{
    size_t off_set = 0;
    off_set = offsetof(student, id);
    printf("id offset: %u\n", off_set);
    off_set = offsetof(student, age);
    printf("age offset: %u\n",off_set);
    student *stu = (student *)malloc(sizeof(student));
    stu->id = 11; 
    student *ptr = container_of(&(stu->id), student, id);                                                                                                                                    
    printf("id:%d\n", ptr->id);                                                                                                                                                                  printf("stu address:%p\n", stu);
    printf("ptr address:%p\n", ptr);
    return 0;
}

1. 知道了结构体成员变量名称，可以通过offsetof方法获取到该成员变量在结构体中的偏移字节数；

具体的，age成员变量在student结构体中的偏移量为4；

const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr)
2. 通过上述代码，定义成员变量类型的指针__mptr指向该成员变量，即获得了该成员变量的地址；

具体的，const typeof( ((student *)0)->age) *__mptr = &(stu->age); __mptr 记录age的地址；

3. 知道了成员变量的地址，也知道了成员变量在结构体的偏移字节数，两者相减，即得到了该结构体变量的地址，

将该地址进行强转，就得到了该结构体，就可以访问该结构体中任意其他变量了；

具体的，(student *) (char *) __mptr - offsetof(student, age) 

offsetof 得出的就是自定义结构中struct list_head成员的变量在结构体中偏移的字节数，