深入理解FreeBSD中的TAILQ
来源:互联网 发布:sql存储过程实例 编辑:程序博客网 时间:2024/06/10 10:55
工作的主要内容是tcp/ip,平台是FreeBSD,而且在内核态开发,所以很多情况下会涉及内核的一些数据结构和宏,比如说mbuf和TAILQ等。TAILQ是FreeBSD/linux内核对双向队列操作的一种抽象,抽象程度不亚于C++,能实现操作队列需要的各种操作:插入元素,删除元素,遍历队列等。这个队列的优点是插入元素很快。这里先回顾一下队列的特点(来自维基百科 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%98%9F%E5%88%97):FreeBSD中的TAILQ把整个队列头抽象为一个单独的数据结构,我们先看看FreeBSD中的TAILQ相关宏,然后再举例子理解这些宏。这里用最简单的一个结构体来理解TAILQ,这个结构体中有一个int型整数,还有两个分别指向前方和后方的指针。
1.描述前一个和下一个元素的结构体
458 #define TAILQ_ENTRY(type) \459 struct { \460 struct type *tqe_next; /* next element */ \461 struct type **tqe_prev; /* address of previous next element */ \462 TRACEBUF \463 }
这是TAILQ对两个指向前后两个元素指针的抽象,抽象为TAILQ_ENTRY结构体:tqe_next是指向下一个元素的指针,tqe_prev是一个二级指针,指针变量的地址,是前一个元素的tqe_next的地址,解引用(*tqe_prev)之后就是本元素的内存地址;TRACEBUF是一个调试相关的宏,我们先不管它。举例:
我们声明一个结构体,这个结构体只有一个int型整数,还有前驱和后继指针。
struct int_node{ int num; TAILQ_ENTRY(int_node);};
宏展开之后就变成:
struct int_node{ int num; struct int_node *tqe_next; /* next element */ sturct int_node **tqe_prev; /* address of previous next element */};
例如:
2.队列头
TAILQ把整个队列头单独抽象为一个结构体TAILQ_HEAD,如下:
445 /*446 * Tail queue declarations.447 */448 #define TAILQ_HEAD(name, type) \449 struct name { \450 struct type *tqh_first; /* first element */ \451 struct type **tqh_last; /* addr of last next element */ \452 TRACEBUF \453 }
这个宏实际上使用的时候,会展开成为一个结构体,tqh_first是一个一级指针,指向队列中的第一个元素;tqh_last是一个二级指针,它指向最后一个元素中的tqe_next(请参考上面的TAILQ_ENTRY),也就是最后一个元素的tqe_next的地址,指针的地址就是二级指针;TRACEBUF是一个用来调试的宏,不用管它。举例:
声明一个叫做queue_head的队列头:
TAILQ_HEAD(my_int_struct, my_int) queue_head;
宏展开之后就会变成(不管TRACEBUF宏):
struct int_head { struct int_node *tqh_first; /* first element */ struct int_node **tqh_last; /* addr of last next element */} queue_head;
如图:
用下面的宏初始化这个队列头:
534 #define TAILQ_INIT(head) do { \535 TAILQ_FIRST((head)) = NULL; \536 (head)->tqh_last = &TAILQ_FIRST((head)); \537 QMD_TRACE_HEAD(head); \538 } while (0)
变成:
3.插入元素
插入元素用TAILQ_INSERT_TAIL宏,由于TAILQ中有一个tqh_last的二级指针,所以插入元素直接插到队尾,仅用O(1)时间。
578 #define TAILQ_INSERT_TAIL(head, elm, field) do { \579 QMD_TAILQ_CHECK_TAIL(head, field); \580 TAILQ_NEXT((elm), field) = NULL; \581 (elm)->field.tqe_prev = (head)->tqh_last; \582 *(head)->tqh_last = (elm); \583 (head)->tqh_last = &TAILQ_NEXT((elm), field); \584 QMD_TRACE_HEAD(head); \585 QMD_TRACE_ELEM(&(elm)->field); \586 } while (0)
QMD_TAILQ_CHECK_TAIL,QMD_TRACE_HEAD,QMD_TRACE_ELEM这三个宏和调试信息相关和做一些必要的检查,我们可以先不管;这个宏就是在调整相关的指针指向。我们向一个空队列插入两个元素2来理解这个宏:
3.1 580行让新元素的tqe_next指向空,执行完第580行:
3.2 581行让新元素的tqe_prev赋值为tqh_last,也就是指向队列头中的tqh_first的地址,执行完第581行:
3.3 582行让二级指针tqh_last中的内容指向新元素,也就是tqh_first指向新元素,执行完第582行:
3.4 583行,队列头的tqh_last赋值为新元素的tqe_next的地址(指针的地址,二级指针),执行完第583行:
这就是插入2后的整个链表。
4.删除元素
删除元素用TAILQ_REMOVE宏
596 #define TAILQ_REMOVE(head, elm, field) do { \597 QMD_SAVELINK(oldnext, (elm)->field.tqe_next); \598 QMD_SAVELINK(oldprev, (elm)->field.tqe_prev); \599 QMD_TAILQ_CHECK_NEXT(elm, field); \600 QMD_TAILQ_CHECK_PREV(elm, field); \601 if ((TAILQ_NEXT((elm), field)) != NULL) \602 TAILQ_NEXT((elm), field)->field.tqe_prev = \603 (elm)->field.tqe_prev; \604 else { \605 (head)->tqh_last = (elm)->field.tqe_prev; \606 QMD_TRACE_HEAD(head); \607 } \608 *(elm)->field.tqe_prev = TAILQ_NEXT((elm), field); \609 TRASHIT(*oldnext); \610 TRASHIT(*oldprev); \611 QMD_TRACE_ELEM(&(elm)->field); \612 } while (0)QMD_SAVELINK,QMD_TAILQ_CHECK_NEXT,QMD_TAILQ_CHECK_PREV,TRASHIT,同样先不管这几个宏。我们从队列中删除一个元素来理解这个宏:
4.1 假设经过上节插入元素2之后,我们用TAILQ_INSERT_TAIL再插入一个元素1,没有删除之前的链表如下图:
现在假设我们删除队列中的第一个元素2
4.2 602和603在调整当前元素的下一个元素的tqe_prev指针,执行完第602行和603行之后:
4.3 608调整当前元素tqe_prev中的内容,执行完第608行之后:
4.4 释放结点2的空间之后,最后的链表:
5.队列中的第一个元素
512 #define TAILQ_FIRST(head) ((head)->tqh_first)
6.当前元素的下一个元素
591 #define TAILQ_NEXT(elm, field) ((elm)->field.tqe_next)
这个宏比较简单。
7.遍历链表中的每一个元素
用宏TAILQ_FOREACH
514 #define TAILQ_FOREACH(var, head, field) \515 for ((var) = TAILQ_FIRST((head)); \516 (var); \517 (var) = TAILQ_NEXT((var), field))
这个宏就比较简单了,用临时变量var来遍历链表中的每一个元素。
这些宏就是几个操作TAILQ经常使用的宏,还有一些诸如TAILQ_INSERT_HEAD等宏,类似,请自行看代码,这里就不一一叙述了。这篇文章主要是理解相关的宏和插入删除过程,完整的应用例子请看下面的参考文献。
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- 关于libevent与FreeBSD内核中TAILQ队列的理解
- 深入理解TAILQ队列(转自http://blog.csdn.net/hunanchenxingyu/article/details/8648794)
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- libevent中的双端队列TAILQ
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