誰是鴻蒙內核最重要的結構體?

答案一定是:LOS_DL_LIST(雙向鏈表),它長這樣.

typedef struct LOS_DL_LIST {//雙向鏈表，內核最重要結構體
    struct LOS_DL_LIST *pstPrev; /**< Current node's pointer to the previous node *///前驅節點(左手)
    struct LOS_DL_LIST *pstNext; /**< Current node's pointer to the next node *///后繼節點(右手)
} LOS_DL_LIST;

結構體夠簡單了吧,只有前后兩個指向自己的指針,但恰恰是因為太簡單,所以才太不簡單. 就像氫原子一樣,宇宙中無處不在,占比最高,原因是因為它最簡單,最穩定!

內核的各自模塊都能看到雙向鏈表的身影,下圖是各處初始化雙向鏈表的操作,因為太多了,只截取了部分:

很多人問圖怎么來的,source insight 4.0是閱讀大型C/C++工程的必備工具,要用4.0否則中文有亂碼.

可以豪不夸張的說理解LOS_DL_LIST及相關函數是讀懂鴻蒙內核的關鍵。前后指針(注者后續將比喻成一對左右觸手)靈活的指揮著系統精準的運行，越是深入分析內核源碼，越能感受到內核開發者對LOS_DL_LIST非凡的駕馭能力，筆者仿佛看到了無數雙手前后相連，拉起了一個個雙向循環鏈表，把指針的高效能運用到了極致，這也許就是編程的藝術吧！這么重要的結構體還是需詳細講解一下.

基本概念

雙向鏈表是指含有往前和往后兩個方向的鏈表，即每個結點中除存放下一個節點指針外，還增加一個指向其前一個節點的指針。其頭指針head是唯一確定的。從雙向鏈表中的任意一個結點開始，都可以很方便地訪問它的前驅結點和后繼結點，這種數據結構形式使得雙向鏈表在查找時更加方便，特別是大量數據的遍歷。由于雙向鏈表具有對稱性，能方便地完成各種插入、刪除等操作，但需要注意前后方向的操作。

有好幾個同學問數據在哪? 確實LOS_DL_LIST這個結構看起來怪怪的，它竟沒有數據域！所以看到這個結構的人第一反應就是我們怎么訪問數據？其實LOS_DL_LIST不是拿來單獨用的，它是寄生在內容結構體上的,誰用它誰就是它的數據.看圖就明白了.

功能接口

鴻蒙系統中的雙向鏈表模塊為用戶提供下面幾個接口。

請結合下面的代碼和圖去理解雙向鏈表,不管花多少時間,一定要理解它的插入/刪除動作,否則后續內容將無從談起.

//將指定節點初始化為雙向鏈表節點
LITE_OS_SEC_ALW_INLINE STATIC INLINE VOID LOS_ListInit(LOS_DL_LIST *list)
{
    list->pstNext = list;
    list->pstPrev = list;
}

//將指定節點掛到雙向鏈表頭部
LITE_OS_SEC_ALW_INLINE STATIC INLINE VOID LOS_ListAdd(LOS_DL_LIST *list, LOS_DL_LIST *node)
{
    node->pstNext = list->pstNext;
    node->pstPrev = list;
    list->pstNext->pstPrev = node;
    list->pstNext = node;
}
//將指定節點從鏈表中刪除,自己把自己摘掉
LITE_OS_SEC_ALW_INLINE STATIC INLINE VOID LOS_ListDelete(LOS_DL_LIST *node)
{
    node->pstNext->pstPrev = node->pstPrev;
    node->pstPrev->pstNext = node->pstNext;
    node->pstNext = NULL;
    node->pstPrev = NULL;
}

強大的宏

除了內聯函數,對雙向遍歷的初始化,定位,遍歷 等等操作提供了更強大的宏支持.使內核以極其簡潔高效的代碼實現復雜邏輯的處理.

//定義一個節點并初始化為雙向鏈表節點
#define LOS_DL_LIST_HEAD(list) LOS_DL_LIST list = { &(list), &(list) }

//獲取指定結構體內的成員相對于結構體起始地址的偏移量
#define LOS_OFF_SET_OF(type, member) ((UINTPTR)&((type *)0)->member)

//獲取包含鏈表的結構體地址，接口的第一個入參表示的是鏈表中的某個節點，第二個入參是要獲取的結構體名稱，第三個入參是鏈表在該結構體中的名稱
#define LOS_DL_LIST_ENTRY(item, type, member) \
    ((type *)(VOID *)((CHAR *)(item) - LOS_OFF_SET_OF(type, member)))

//遍歷雙向鏈表
#define LOS_DL_LIST_FOR_EACH(item, list) \
    for (item = (list)->pstNext;         \
         (item) != (list);               \
         item = (item)->pstNext)

//遍歷指定雙向鏈表，獲取包含該鏈表節點的結構體地址，并存儲包含當前節點的后繼節點的結構體地址
#define LOS_DL_LIST_FOR_EACH_ENTRY_SAFE(item, next, list, type, member)               \
    for (item = LOS_DL_LIST_ENTRY((list)->pstNext, type, member),                     \
         next = LOS_DL_LIST_ENTRY((item)->member.pstNext, type, member);              \
         &(item)->member != (list);                                                   \
         item = next, next = LOS_DL_LIST_ENTRY((item)->member.pstNext, type, member))

//遍歷指定雙向鏈表，獲取包含該鏈表節點的結構體地址
#define LOS_DL_LIST_FOR_EACH_ENTRY(item, list, type, member)             \
    for (item = LOS_DL_LIST_ENTRY((list)->pstNext, type, member);        \
         &(item)->member != (list);                                      \
         item = LOS_DL_LIST_ENTRY((item)->member.pstNext, type, member))

例如在調度算法中獲取當前最高優先級的任務時,就需要遍歷整個進程和進程任務的所有就緒列表.LOS_DL_LIST_FOR_EACH_ENTRY高效的解決了層層循環的問題,讓代碼簡潔易懂.

LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR LosTaskCB *OsGetTopTask(VOID)
{
    UINT32 priority, processPriority;
    UINT32 bitmap;
    UINT32 processBitmap;
    LosTaskCB *newTask = NULL;
#if (LOSCFG_KERNEL_SMP == YES)
    UINT32 cpuid = ArchCurrCpuid();
#endif
    LosProcessCB *processCB = NULL;
    processBitmap = g_priQueueBitmap;
    while (processBitmap) {
        processPriority = CLZ(processBitmap);
        LOS_DL_LIST_FOR_EACH_ENTRY(processCB, &g_priQueueList[processPriority], LosProcessCB, pendList) {
            bitmap = processCB->threadScheduleMap;
            while (bitmap) {
                priority = CLZ(bitmap);
                LOS_DL_LIST_FOR_EACH_ENTRY(newTask, &processCB->threadPriQueueList[priority], LosTaskCB, pendList) {
#if (LOSCFG_KERNEL_SMP == YES)
                    if (newTask->cpuAffiMask & (1U << cpuid)) {
#endif
                        newTask->taskStatus &= ~OS_TASK_STATUS_READY;
                        OsPriQueueDequeue(processCB->threadPriQueueList,
                                          &processCB->threadScheduleMap,
                                          &newTask->pendList);
                        OsDequeEmptySchedMap(processCB);
                        goto OUT;
#if (LOSCFG_KERNEL_SMP == YES)
                    }
#endif
                }
                bitmap &= ~(1U << (OS_PRIORITY_QUEUE_NUM - priority - 1));
            }
        }
        processBitmap &= ~(1U << (OS_PRIORITY_QUEUE_NUM - processPriority - 1));
    }

OUT:
    return newTask;
}

結構體的最愛

LOS_DL_LIST是復雜結構體的最愛,以下舉例ProcessCB(進程控制塊)是描述一個進程的所有信息,其中用到了 8個雙向鏈表,這簡直比章魚還牛逼,章魚也才四雙觸手,但進程有8雙(16只)觸手.

typedef struct ProcessCB {
    //...此處省略其他變量
    LOS_DL_LIST          pendList;                     /**< Block list to which the process belongs */ //進程所屬的阻塞列表,如果因拿鎖失敗,就由此節點掛到等鎖鏈表上
    LOS_DL_LIST          childrenList;                 /**< my children process list */	//孩子進程都掛到這里,形成雙循環鏈表
    LOS_DL_LIST          exitChildList;                /**< my exit children process list */	//那些要退出孩子進程掛到這里，白發人送黑發人。
    LOS_DL_LIST          siblingList;                  /**< linkage in my parent's children list */ //兄弟進程鏈表, 56個民族是一家,來自同一個父進程.
    LOS_DL_LIST          subordinateGroupList;         /**< linkage in my group list */ //進程是組長時,有哪些組員進程
    LOS_DL_LIST          threadSiblingList;            /**< List of threads under this process *///進程的線程(任務)列表
    LOS_DL_LIST          threadPriQueueList[OS_PRIORITY_QUEUE_NUM]; /**< The process's thread group schedules thepriority hash table */	//進程的線程組調度優先級哈希表
    LOS_DL_LIST          waitList;     /**< The process holds the waitLits to support wait/waitpid *///進程持有等待鏈表以支持wait/waitpid
} LosProcessCB;

解讀

pendList個人認為它是鴻蒙內核功能最多的一個鏈表,它遠不止字面意思阻塞鏈表這么簡單,只有深入解讀源碼后才能體會它真的是太會來事了,一般把它理解為阻塞鏈表就行.上面掛的是處于阻塞狀態的進程.

childrenList孩子鏈表,所有由它fork出來的進程都掛到這個鏈表上.上面的孩子進程在死亡前會將自己從上面摘出去,轉而掛到exitChildList鏈表上.

exitChildList退出孩子鏈表,進入死亡程序的進程要掛到這個鏈表上,一個進程的死亡是件挺麻煩的事,進程池的數量有限,需要及時回收進程資源,但家族管理關系復雜,要去很多地方消除痕跡.尤其還有其他進程在看你笑話,等你死亡(wait/waitpid)了通知它們一聲.

siblingList兄弟鏈表,和你同一個父親的進程都掛到了這個鏈表上.

subordinateGroupList朋友圈鏈表,里面是因為興趣愛好(進程組)而掛在一起的進程,它們可以不是一個父親,不是一個祖父,但一定是同一個老祖宗(用戶態和內核態根進程).

threadSiblingList線程鏈表,上面掛的是進程ID都是這個進程的線程(任務),進程和線程的關系是1:N的關系,一個線程只能屬于一個進程.這里要注意任務在其生命周期中是不能改所屬進程的.

threadPriQueueList線程的調度隊列數組,一共32個,任務和進程一樣有32個優先級,調度算法的過程是先找到優先級最高的進程,在從該進程的任務隊列里去最高的優先級任務運行.

waitList是等待子進程消亡的任務鏈表,注意上面掛的是任務.任務是通過系統調用

  pid_t wait(int *status);
  pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

雙向鏈表是內核最重要的結構體,精讀內核的路上它會反復的映入你的眼簾,理解它是理解內核運作的關鍵所在!

編輯：hfy