本文主要是介绍Linux链表操作方式，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
《Linux链表操作方式》：本文主要介绍Linux链表操作方式,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教...
本文系统讲解 Linux 下 C 语言链表的使用原理、最佳实践及内核模块中的实战示例，适合嵌入式开发者、驱动工程师和系统软件开发者。
一、链表基础概念与内核链表优势
1.1 为什么使用链表？
- 动态插入/删除效率高（相比数组不需要整体移动元素）
- 内存利用率高（按需分配）
- 常用于队列、任务调度、资源池、驱动设备列表等场景
1.2 Linux 内核链表与用户态链表的区别
| 项目 | 用户态实现 | 内核态实现 |
|---|---|---|
| 指针结构 | 自定义指针结构 | 使用 struct list_head |
| 安全性 | 程序员自行维护 | 提供安全宏/内联函数 |
| 插入/删除API | 手动实现 | 提供统一接口如 list_add |
| 迭代方式 | 手动循环 | 宏如 list_for_each_entry |
二、内核链表结构与宏解析
struct list_head {
struct list_head *next, *prev;
};常用宏/函数：
INIT_LIST_HEAD(ptr)list_add(new, head)：头插法list_add_tail(new, head)：尾插法list_del(entry)list_empty(head)list_for_each_entry(pos, head, member)list_for_each_entry_safe(pos, n, head, member)
三、内核链表的优点
- 双向循环结构：从任意节点出发都能遍历完整链表
- 插入删除不涉及内容拷贝：仅修改指针
- 接口统一、安全可靠：可结合
container_of获取真实结构体指针
四、用户态链表示例
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
typedef struct student {
int id;
char name[20];
struct student *next;
} student_t;
void add_student(student_t **head, int id, const char *name) {
student_t *new_node = malloc(sizeof(student_t));
new_node->id = id;
strncpy(new_node->name, name, sizeof(new_node->name));
new_node->next = *head;
*head = new_node;
}
void print_students(student编程_t *head) {
while (head) {
printf("ID: %d, Name: %s\n", head->id, head->name);
head = head->next;
}
}五、双向循环链表在内核中的实现优势
5.1 插入效率
在头部插入只需两次指针操作：
list_add(&new_node->list, &head);
5.2 安全遍历删除
list_for_each_entry_safe(ptr, tmp, &head, list) {
list_del(&ptr->list);
kfree(ptr);
}六、典型应用场景
| 场景 | 描述 |
|---|---|
| 设备驱动管理 | 管理设备结构体（如 net_device） |
| 定时器链表 | 内核定时器统一调度 |
| slab 分配器链表 | 管理对象缓存池 |
| 进程调度/等待队列 | 管理 PCB / wait queue |
| 协议栈管理 | TCP/UDP 的 socket 链表 |
七、调试技巧与常见陷阱
7.1 打印链表内容
#define print_list(head) \
list_for_each_entry(ptr, head, list) \
printk(KERN_INFO "Node: %s\n", ptr->name);7.2 常见错误
- 忘记初始化
INIT_LIandroidST_HEAD - 使用已释放节点（UAF）
- 非安全删除遍历（未使用
list_for_each_entry_safe）
八、实战案例：Linux 内核模块中的链表使用
8.1 模块源码
// mylist_module.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/list.h>
MODULE_LICENSE("GPL");
struct student {
int id;
char name[20];
struct list_head list;
};
static LIST_HEAD(student_list);
static int __init mylist_init(void)
{
int i;
struct student *stu;
printk(KERN_INFO "Loading student list module...\n");
for (i = 1; i <= 5; ++i) {
stu = kmalloc(sizeof(*stu), GFP_KERNEL);
stu->id = i;
snprintf(stu->name, sizeof(stu->name), "Student%d", i);js
INIT_LIST_HEAD(&stu->list);
list_add_tail(&stu->list, &student_list);
}
return 0;
}
static void __exit mylist_exit(jsvoid)
{
struct student *stu, *tmp;
printk(KERN_INFO "Unloading student list module...\n");
list_for_each_entry_safe(stu, tmp, &student_list, list) {
list_del(&stu->list);
kfree(stu);
}
}
module_init(mylist_init);
module_exit(mylist_exit);8.2 Makefile 编译模块
obj-m += mylist_module.o all: make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules clean: make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean
8.3 插入与卸载模块
$ make $ sudo insmod mylist_module.ko $ dmesg | tail -n 10 $ sudo rmmod mylist_module $ dmesg | tawww.chinasem.cnil -n 10
总结：开发建议
| 建议项 | 内容 |
|---|---|
| 一定初始化链表头 | 使用 INIT_LIST_HEAD 初始化 |
| 删除节点用安全宏 | list_for_each_entry_safe 防止遍历时删除崩溃 |
| 内存管理责任明确 | kmalloc/kfree 成对使用 |
| 多线程环境加锁 | 必要时配合 spinlock 或 mutex |
| 定位 bug 用 printk | 输出 prev, next, 数据字段调试链表结构 |
本文涵盖了从用户态链表构造到 Linux 内核模块链表的实战应用，帮助你在驱动开发和内核开发中熟练掌握链表的构造与使用。
这篇关于Linux链表操作方式的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
