内核链表、栈区、队列

• 一、内核链表
  • 内核链表是操作系统内核中用于管理内存中数据结构的一种方式，特别是在Linux内核中。它提拱了一种灵活且高效的方法来组织和管理数据，如进程、缓冲区、定时器等。内核链表的设计允许快速插入、删除和遍历节点，这对于需要高效率和实时响应的内核操作至关重要
  • 可以给里面放不止一套相同类型的数据，但数据的对象不同
  • 内核链表是双向链表、有头链表，循环链表
  • 内核链表的特点
    • 双向链表：大多数内核链表是双向循环链表，这意味着每个节点都有指向前一个和后一个节点的指针。这使得从链表中任意位置插入和删除节点都变得容易
    • 内存管理：内核链表通常用于管理内核空间的内存，因此它们需要高效且占用空间小
    • 并发控制：由于内核代码可能被多个处理器或线程同时访问，内核链表的实现通常需要考虑并发控制，如使用自旋锁或互斥锁
    • 性能优化：内核链表的设计通常针对性能进行了优化，以减少内存访问延迟和提高处理速度
  • 将节点放在存储数据的结构体中
  • 怎么通过节点获取数据呢------->内核提供了两个宏：
    • offset of：获取结构体成员到结构体开头的偏移量
    • contianer_of：通过偏移量获取结构体首地址
  • 构建一个类内核链表实现航班及乘客查询（即将节点放在结构体
• 二、栈区
  • 计算机中的内存管理
    • 内核：指操作系统内核，是操作系统的核心组件，负责管理系统资源
    • 堆区：主要用于动态内存分配（malloc/free）
    • 栈区：用于存储程序执行期间的临时变量，如函数调用的参数、局部变量和返回地址。栈的内存分配和回收是自动的
    • 数据区：数据区通常用于存储全局变量和静态变量。这个区域可以进一步分为初始化数据区（用于存储初始化的全局变量和静态变量）和未初始化数据区（也称为 BSS 段，用于存储未初始化的全局变量和静态变量）
    • 文本区：文本区或代码区用于存储程序的执行代码，也就是 CPU 执行的机器指令
  • 栈区
    • 存放的数据类型
      • 局部变量：函数内的局部变量通常存储在栈上。当函数被调用时，其局部变量被创建并推入栈中，函数执行完毕后，这些变量随栈帧（stack frame）一起被销毁
      • 函数参数：函数的形参和返回值通常存放在栈区
      • 返回地址：栈区在函数进行函数调用时，会保存调用的函数的入口地址（保护现场）
      • 保护现场和恢复现场的规则:先入后出，后入先出
      • 递归调用的嵌套关系：在递归函数中，每次递归调用都会生成一个新的栈帧，包含该调用的局部变量和返回地址，这些栈帧在递归调用返回时被销毁
  • 数据栈（通常的“栈”）和系统栈（调用栈）的区别与联系
    • 用途
      • 数据栈：用于存储程序运行时的临时数据，如表达式求值、函数调用的中间结果等
      • 系统栈：用于跟踪函数调用的顺序和状态，包括存储局部变量、参数、返回地址和函数的执行环境
    • 控制方式
      • 数据栈：由程序员在代码中通过栈操作函数控制
    • 系统栈：由操作系统和运行时环境自动管理，例如在函数调用和返回时自动压栈和出栈
    • 作用域
      • 数据栈：用于存储不同作用域的数据，但通常用于局部作用域
      • 系统栈：用于存储函数调用的作用域信息，每个函数调用都有自己的栈帧
    • 相同之处
      • LIFO（后进先出）原则：无论是数据栈还是系统栈，都遵循 LIFO 的原则，即最后进入的元素会第一个被移除
      • 栈操作：两者都使用类似的基本操作，如 push（压栈）和 pop（出栈），来添加和移除元素
      • 内存管理：它们都涉及到内存的分配和释放。数据栈和系统栈在添加元素时分配内存，在移除元素时释放内存
      • 数据结构：从数据结构的角度看，它们都是栈这种抽象数据类型的实现，无论是在硬件层面还是软件层面
  • 数据栈（栈）
    • 只允许从一端进行数据的插入和删除的线性的存储结构
    • 数据插入：入栈，压栈
    • 数据出栈：出栈，弹栈
    • 数据栈分类
      • 顺序栈：用数组实现
      • 链式栈：用链表实现
    • 栈结构：满增栈 满减栈 空减栈 空增栈
      • 满栈、空栈：
        • 满栈的入栈顺序，先移动栈顶，再入栈数据
        • 空栈的入栈顺序：先入栈一个数据，再移动栈顶
        • 出栈顺序：先移动的栈顶，再移出数据

          

      • 增栈、减栈：
        • 增栈：无论是满栈还是空栈，加入数据后，栈顶是由内存低地址移向高地址就是增栈
        • 减栈：栈顶由内存高地址移向内存低地址

          

    • 创建链式栈

• 入栈

• 出栈

• 判断是否为空栈

• 获取栈顶元素

• 销毁栈

• 三、队列
  • 允许从一端插入数据，另一端删除数据的线性的存储结构

    

  • 队尾：插入数据 入队
  • 队头：取出数据 出队
  • (FIFO原则)先进先出，后进后出
  • 管道的本质就是一个队列
  • 缓冲区：匹配高速设备和低速设备之间的效率问题
  • 队列就可以作为缓冲区来解决高低速设备之间传输时的效率
  • 队列分类：
    • 顺序队列：数组 存在假溢出问题，所以一般使用顺序队列的时候用循环顺序队列
      • 循环队列为了区分队列为空为满，会留出一个数据的空间不做数据存储
      • 循环顺序队列判空：队头和队尾处于同一位置，此时认为队列为空
      • 循环顺序队列判满：当队尾+1为队头的位置时，此时认为队列为满
    • 链式队列：链表
• 四、队列和栈之间的区别
  • 数据访问原则：
    • 栈：遵循后进先出（LIFO，Last-In-First-Out）的原则，即最后添加到栈的元素会第一个被移除
    • 队列：遵循先进先出（FIFO，First-In-First-Out）的原则，即最先添加到队列的元素会第一个被移除
  • 操作方式
    • 栈：主要操作包括 push（在栈顶添加元素）和 pop（从栈顶移除元素）还有一个 peek 或 top 操作，用来查看栈顶元素但不移除它
    • 队列：主要操作包括 enqueue（在队尾添加元素）和 dequeue（从队首移除元素）同样有 front 操作，用来查看队首元素但不移除它
  • 使用场景：
    • 栈：常用于处理具有递归结构的问题，如函数调用堆栈、表达式求值、括号匹配、回溯算法等
    • 队列：常用于处理消息队列、任务调度、广度优先搜索算法、打印机任务排队等场景
  • 内存利用率：
    • 栈：由于其 LIFO 的特性，栈的内存利用率通常较高，因为栈顶的内存可以快速地被重新利用
    • 队列：可能需要更多的内存，因为元素在队列中停留的时间可能更长，直到它们到达队首被移除